增益变窄

2021-02-23 10:04:03 浏览:886

定义

光在增益介质中被放大的过程中增益带宽被减小到一个有限宽度的现象。

当具有一定带宽的光在具有有限增益带宽的增益介质中被放大时,会直接导致光束带宽变窄,也就是说得到一个更窄的光谱,这种现象称为增益变窄。则会是因为光谱的中心区域比两边得到的增益大。在超短脉冲的激光器和放大器通常会碰到。

在锁模激光器中,增益谱线变窄会使循环振荡的超短脉冲光谱被压缩。对于接近变换极限脉冲,这直接导致脉冲持续时间变长,在大多数情况下这是影响得到的脉冲长度最主要因素。例如,在一个有源的锁模激光器中,循环的脉冲处于稳态的时间取决于增益变窄引起的脉冲展宽与调制器引起的脉冲变窄之间的平衡。光孤子锁模激光器则情形不同,对于一定的腔内模式色散情况下,脉冲长度更多的是由非线性和色散来决定,增益谱线变窄则限制了再不影响脉冲稳定的情况下腔内色散能被减小到何种程度,因此它会强烈影响能到的最短脉冲长度。

图 1 掺镱光纤放大器中的增益变窄模拟。给出了一些被放大的超短脉冲的光谱,其中峰值被归一化了,开始是一个入射脉冲(对于最宽的光谱)然后经过了大约10dB,20dB,30dB的放大。脉冲光谱变得更窄,并且在约1029nm处趋于峰值增益。

在放大器中增益变窄是需要考虑的,尤其是在高增益和应用到短脉冲的情况。例如,用于放大几个脉冲的正反馈放大器中,需要仔细优化以防止脉冲光谱的显著变窄。除了使用非常宽带的增益介质,还有必要减小腔内损耗,或者采用腔内光纤滤波器,从而在一定程度上通过在峰值增益频率区域引入更高的损耗来补偿增益谱线变窄。

增益谱线变窄效应的强度不仅依赖与放大介质的增益带宽,还依赖于增益的幅值。因此,例如在一个锁模激光器中,随着谐振腔损耗(用来平衡增益)也增加,增益谱线变窄的重要性增加。这也解释了为什么在有些激光器中使用具有很小透射率的耦合器可以得到最短的脉冲,尽管这样是以牺牲功率效率和输出功率为代价的。

参阅:增益、增益带宽、带宽、锁模、锁模激光器、Kuizenga-Siegman理论、放大器、正反馈放大器、脉冲长度、物理原理

放大器

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