第五章 激光放大技术

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1、激光原理与技术第五章第五章激光放大技术一段处于粒子数反转的工作物质就是一个激光放大器。激光放大的意义：1．增加功率或能量，振荡级产生高能量存在困难2．长程光通讯系统需要对光损耗进行补偿第一节固体激光放大器一、典型结构特点：均匀激励二、再生放大器12激光原理与技术第五章两端面与光传输方向垂直，并具有一定反射率的放大器，称为再生放大器。再生放大器中，光可以在两个反射面间往返传播，具有较高的增益。连续激光放大器入射端光强为I0，光功率为P0，输出端光强为I（l），P（l）时，增益定义为：再生放大器两个端面组成的谐振腔对频率也有选择作用，其谐振频率为，端面反射率为r1,r2,入射光频率为

2、时，再生放大器增益为GS为单程渡越的增益。当时，放大器具有最大增益12激光原理与技术第五章当时，增益下降为最大值的一半。三、行波放大器1．输入信号强度对放大器增益的影响均匀加宽时，净增益系数入射光信号较弱或者放大器较短时，若放大器中各处光强均远小于饱和光强，则放大器小信号增益在小信号条件不能满足时12激光原理与技术第五章在气体工作物质和未达到重度饱和的其他工作物质中，若放大器始终保持，则用功率表示饱和输出功率：G下降为G0/2时的输出功率12激光原理与技术第五章在时：1．最大输出光强提高输入光强和增大放大器长度均可以提高输出光强，但是随着信号光的增强，增益系数将不断减小，直到净增

3、益系数光强不再增加2．增益谱宽增益系数是频率的函数，入射光频率不同，放大器的增益不同当时，最大当时，，放大器的增益谱宽12激光原理与技术第五章对于无损小信号放大器：对于均匀加宽线型，增益谱宽当，，越大，越小光谱线轮廓边窄：放大器中心频率处增益大，偏离中心频率处增益变小，将导致光谱线轮廓变窄。第二节掺杂光纤放大器一、典型结构特点：纵向激励12激光原理与技术第五章二、掺铒光纤放大器（Erbium-dopedFiberAmplifier,EDFA）适用于1500nm石英非晶特性使铒离子的能级展宽为带状1．常用两种泵浦方式980nm泵浦典型的三能级系统，可以放大1530nm—1565nm

4、的激光。1480nm泵浦准三能级（或准二能级）系统。12激光原理与技术第五章1．掺铒光纤吸收和增益谱增益谱受石英非晶态和掺杂物影响展宽Er3+均匀加宽;石英基质均匀加宽12激光原理与技术第五章掺杂引起非均匀加宽，不同掺杂引起的展宽也不一样。增益曲线不平坦需要修正三、掺镨光纤放大器（Praseodymium-DopedFiberAmplifier,PDFA）适用于1310nm掺镨光纤以氟化物玻璃（ZBLAN:ZrF4,BaF2,LaF3,AlF3,NaF）为基质950-1050nm泵浦带四能级系统影响PDFA效率的因素：1）受激态吸收1G4的离子吸收泵浦光和信号光跃迁到3P012激

5、光原理与技术第五章和1D21）波长大于1290nm的放大信号3H4-3F3基态吸收2）上能级寿命（20—40）μs泵浦功率高，小信号增益低四、纵向激励的放大特性1．阈值泵浦光强泵浦光沿传输方向减弱，当，信号光逐渐增强；当，信号光逐渐减弱。2．小信号增益特性小信号增益增益与信号光强无关，但和入射泵浦光强及掺杂光纤长度有密切关系。12激光原理与技术第五章随着增大，曲线包络逐渐增大，均呈现先增加后减少的趋势，其中曲线最大值对应下降至的位置，对应掺杂光纤的最佳长度。当光纤长度时，G0随光纤长度增加而增加；当时，G0随光纤长度增加而减小；当时，光纤放大器具有最大增益Gm0。12激光原理与技

6、术第五章1．大信号增益特性输出光信号功率P(l)和输入光信号功率P0的关系呈饱和状态，光放大器的增益G随输出光功率增加而下降。12