RP Fiber Power 包层泵浦光纤放大器

RP Fiber Power 无源光纤之单模光纤前面在关于无源光纤的玻璃光纤和模式的篇章中，我们已经看到，根据折射率分布和波长的不同，光纤可以引导不同数量的模式。

如果数值孔径和折射率对比度较小，则可能只有单一的引导模式(LP01模式)。

在这种情况下，这种光纤称为单模光纤。

这样LP11、LP20等高阶模就不存在了，只存在不局限于纤芯周围的包层模。

需要注意的是，在大多数情况下，不同偏振状态的光可都以被引导。

“单模”一词忽略了这样一个事实情况，就是通常在径向对称的折射率剖面和无双折射的情况下，实际上有两个不同的模，它具有相同的强度剖面，但线偏振方向正交。

任何其他偏振态都可以看作是这两个偏振态的线性叠加。

单模光纤的制导条件对于步进折射率光纤的设计，单模引导有一个简单的标准:V数必须在2.405以下。

V的定义如下：其中，λ是指真空波长，a是光纤核的半径，NA为数值孔径。

对于折射率的其他径向依赖性，甚至对于非径向对称的折射率剖面，单模条件通常需要进行数值计算。

使用标准V < 2.405是不正确的，例如V是从最大指数差计算出来的。

核尺寸的影响一般来说，人们可能认为更小的核心意味着更小的光纤模式。

对于常数V，这是成立的;对于较大的核，索引的对比会变得更小。

但是，如果保持数值孔径为常数，则V数随核半径变化，模态半径与核半径呈非单调依赖关系，如图2所示，NA为0.1:图1:常数数值孔径为0.12时模态半径与芯体半径的依赖关系。

模态半径通过强度剖面的第二矩(D4σ值)来定义。

单模区域位于灰色垂直线的左侧。

可以看出，当核心半径在4.8 μm以下，V数非常小时，模态半径就增大。

在小V值的情况下，模式远远超出了核心，它基本上偏离了高斯形状。

图2显示了较高NA为0.3时的相同情况:图2:常数数值孔径为0.12时模态半径与芯体半径的依赖关系。

例子:典型的单模光纤典型的一种，是波长为1.5μm的单模光纤可能具有芯半径为4μm和数值孔径为0.12的阶跃折射率剖面。

RP Fiber Power 无源光纤之光纤模式一般来说，在光纤中传输的光束，其光强会在传输过程中发生变化。

演变过程甚至会相当复杂。

例如，假设我们将一束相对于光轴倾斜20°的高斯光束，注入到纤芯半径为20μm和NA=0.3的光纤中，会发生什么呢？图1:RP Fiber Power软件模拟的多模光纤的强度演变过程。

将一束相对于光轴倾斜20°的高斯光束注入到光纤中。

(请注意，这里我们只显示了强度的轮廓)当光束到达纤芯/包层界面并在那里反射时，可以清楚地看到发生的干涉效应。

最后，横截面如图2所示图2: 超过10μm的光束强度分布。

我们已经看到强度分布通常以复杂的方式演变。

但是，在传输过程中，存在一定的振幅分布(即电场振幅的分布)，强度分布保持不变(假设是无损耗光纤)。

这样的场分布称为光纤的模式。

其中最简单的基模，也称为LP01模，看起来如下图所示:图3:多模光纤中基模的强度分布图。

灰色的圆圈表示纤芯/包层边界。

这是一个高阶模式，LP37模式，如下图:图4:多模光纤中LP37模式的强度分布图。

对于基模，非均匀折射率分布恰好抵消了自然发散。

特别要注意的是，高阶模的轮廓可以显著地延伸到包层中。

下图是光纤各导模的振幅分布图，按模式指标排序:图5:多模光纤中所有导模的振幅分布图。

通过RP Fiber Power软件，可以在一秒之内计算出模式。

在我们的案例中，纤芯半径为20μm,NA = 0.3，在1.5μm波长处，光纤有84种不同的导模(见图5)——如果计算不同方向的导模，甚至有160种。

(例如LP11模式也存在于旋转90°的情况;这两种模式是相互正交的。

所有的导模本质上都被限制在纤芯区域，即使它们在某种程度上可以延伸到包层中(但是随着离纤芯距离的增加，强度会降低)。

图6显示了光纤模式的远场分布，因为它们可以在距离光纤末端较远的地方观察到。

它们看起来类似于近场分布,但不是完全一致。

RP Fiber Power 光纤激光器及光纤器件设计软件RP Resonator 激光谐振腔设计软件RP Coating 设计光学多层结构软件RP ProPulse 脉冲传输模拟RP Q-switch 调Q激光器RP Fiber Calculator RP光纤计算器RP系列软件是功能强大的激光仿真软件，用于激光发展和激光科学的计算机建模。

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光纤放大器工作原理
光纤放大器是一种将输入的光信号放大的装置，它可以将光信号增加到足够的强度，以便在光纤传输过程中减少信号衰减和失真。

光纤放大器的工作原理基于两个主要过程：激发和放大。

首先，通过一个光源来产生入射光信号，该光信号将通过一对光栅耦合器（光波导耦合器）分为输能光和泵浦光。

泵浦光是一个高功率的激光光束，它的能量被传递到输能光上。

当泵浦光和输能光重叠时，泵浦光的能量将转移到输能光信号上，从而提高输能光的光强度。

这个过程是通过受激辐射的概念来实现的。

当输能光和泵浦光重叠时，泵浦光的光子将通过受激辐射引发输能光中原本已存在但能量较低的光子跃迁到更高的能级，从而放大输能光信号。

随着逐渐放大的光信号沿着光纤的传输，它将由于光纤的损耗而衰减。

为了保持信号的强度，需要周期性地在光纤中注入更多的泵浦光，以实现光信号的持续放大。

输出的放大光信号可以连接到其他光纤系统中，以实现长距离的光通信或光传感应用。

总的来说，光纤放大器通过将高功率的泵浦光与输入光信号耦合在一起，并通过受激辐射的过程将泵浦光的能量转移到输入
光信号上，实现对光信号的放大。

这种放大器在光通信和光传感等领域具有广泛的应用。

RP Fiber Power 级联光纤放大器模型
文件：Yb amplifier with two stage .fpw, Yb amplifier with two stages, with ASE .fpw 及Yb amplifier with two stages for pulses .fpw
以上文件为级联光纤放大器的模拟
范例1为未考虑放大自发辐射的简单范例。

级联作为两种不同的设备，
set_device(2)函数对象允许其中用户切换其中一种。

定义函数connect_powers()，将一级输出信号功率作为二级输入信号功率。

图3中，脚本程序绘制了x轴方向一级泵浦功率与二级输出功率之间的关系曲线。

图形中每一个点需要切换到一级状态，改变泵浦功率，计算信号输出功率，其次还需转换到二级状态，计算二级输出功率及信号输入功率。

侧面分布式泵浦双包层脉冲光纤放大器1.引言近年来，高功率光纤放大器凭借其转换效率高、光束质量好、结构紧凑、性价比高等诸多优点受到广泛关注，已经在光纤通信网络、工业精密加工、激光印刷、医疗等领域得到了广泛地应用。

在军事应用方面，高功率光纤放大器以其高亮度、小照射面积、体积小机动灵活等优点越来越受到重视。

另外,在激光定位、测距、遥感、跟踪制导和模拟打靶等工作中光纤放大器作为一种有效的工具也备受青睐[1]。

从目前形式看来，研制实用化的放大器不仅能够带来巨大的经济效益，而且对于国防科技水平的提高具有十分重要的意义，已经成为了科技发展的迫切需要。

在光纤激光器和放大器中，实现泵浦光功率高效、安全地耦合是其关键技术之一。

目前的泵浦方法主要包括光纤端面泵浦[2~5]和光纤侧面泵浦[6~8]两种。

端面泵浦一般通过透镜组耦合或者光纤焊接的方法完成，实现起来较为容易，但是缺点也很明显。

透镜组耦合由于使用了多个调节装置，不利于器件的机械稳定性，体积也很大，耦合效率较低；而且它只能进行单点或双点泵浦，不利于提高光纤激光器和放大器的输出功率。

而在脉冲光纤激光器和放大器中，增益光纤中的后向散射和端面反射作用将产生较强功率的后向传输光。

在通过光纤焊接进行功率耦合时，这些后向传输光将直接进入泵浦光源，影响其输出特性，甚至造成完全烧毁，很大程度上降低了光纤激光器和放大器的安全性，所以目前国内外有关研究成果都采用分立元器件进行泵浦光的耦合[9~11]。

本文采用熔融拉锥技术，研制了高耦合效率、高隔离度的泵浦光侧面耦合器，使用该耦合器设计和研究了侧面、多点、分布式泵浦的高功率双包层脉冲光纤放大器，结合主振荡功率放大（MOPA）技术，实现了平均输出功率2.12W、脉冲宽度20ns、重复频率50KHz的高功率、高重复频率的全光纤结构双包层脉冲光纤放大器。

2.侧面泵浦耦合器侧面泵浦耦合器的基本结构(如图1所示)耦合器包括泵浦输入端、信号输入端和输出端三个可用端口。

专利名称：一种风冷包层泵浦高功率光纤放大器专利类型：发明专利
发明人：何飞,陈抗抗
申请号：CN202011037397.3
申请日：20200928
公开号：CN112134127B
公开日：
20220215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种风冷包层泵浦高功率光纤放大器，包括掺稀土光纤、夹具和导气管，所述掺稀土光纤包括纤芯和包层，所述包层位于纤芯的外侧，所述导气管套设在掺稀土光纤的外侧，所述掺稀土光纤的左端和右端分别通过多根夹具与导气管固定连接，所述包层的外壁与导气管的内壁之间形成空隙，所述空隙内注入流动的气体，所述气体在空隙内流动带走掺稀土光纤表面的热量。

本发明公开了一种以风冷形式散热的适用于高功率包层泵浦放大的掺稀土光纤放大器结构，信号光在掺稀土光纤的纤芯中传输放大，泵浦光在掺稀土光纤的包层中传输并被纤芯吸收，用于风冷的气体在掺稀土光纤与导气管之间流动对光纤进行散热。

申请人：武汉安扬激光技术股份有限公司
地址：430000 湖北省武汉市东湖新技术开发区左岭街光电园二路6号安扬激光高功率超快光纤激光器生产基地项目(全部自用)101号光纤楼栋/单元1-3层车间1号
国籍：CN
代理机构：武汉知产时代知识产权代理有限公司
代理人：张毅
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光纤放大器的组成
嘿，朋友们！今天咱就来唠唠光纤放大器的组成。

你看啊，这光纤放大器就好比是一个强大的团队。

里面有好几个关键角色呢！首先就是那增益介质，这就像是团队里的核心骨干，没了它可不行。

它就像一个魔法盒子，能让光信号在里面变得更强更亮。

还有泵浦源，这可是个厉害的角色呀！它就像是给团队注入能量的发动机，不断地为增益介质提供动力，让它能好好干活。

另外呢，还有一些辅助的部分，比如各种光学器件。

它们就像是团队里默默奉献的小伙伴，虽然不起眼，但是少了它们也运转不起来呀。

想象一下，要是没有这些部分齐心协力，那光纤放大器还怎么发挥它强大的作用呢？就好比一辆汽车，发动机再厉害，没有轮子、方向盘这些，也跑不起来呀！
增益介质就像是一个勤劳的小蜜蜂，不断地加工处理着光信号；泵浦源呢，则像一个热情洋溢的啦啦队，一直在旁边加油鼓劲。

它们俩一配合，那效果，杠杠的！
而且哦，这些组成部分可不是随便凑在一起就行的，它们得相互配合得恰到好处。

这就跟跳舞一样，每个舞者都要找准自己的节奏和位置，才能跳出一场精彩的舞蹈。

咱平时上网、看电视啥的，可都离不开这光纤放大器呀。

它在背后默默地工作着，让我们能享受到快速、清晰的信号。

所以说呀，这光纤放大器的组成可真是太重要啦！每一个部分都有它独特的作用，缺了谁都不行。

我们得好好感谢这些“幕后英雄”呢！它们让我们的生活变得更加丰富多彩，更加便捷高效。

怎么样，是不是觉得很神奇呀？哈哈！。