掺镱双包层光纤放大器的数值模拟.PDF

掺镱双包层光纤放大器的数值模拟 1014202028 精仪学院 白晓磊 摘要 本文介绍了利用有限时域差分的方法求解偏微分方程，模拟掺Yb3+光纤放 大器的稳态特性和暂态特性。利用具有空间和时间上二阶精度的Lax-Wendroff 格式进行差分计算，求解暂态特性。对所模拟内容进行实验验证，证明了理论 的正确性。 1，引言 掺镱双包层光纤放大器，结构简单，输出功率高，光束质量好，在军事、 医疗、通信方面都有重要的应用价值[1][2] 。掺镱双包层光纤放大器的基本结构 如图1 所示。其中包括，波长为976nm 泵浦激光二极管（976nm Pump LD ）为 掺镱双包层光纤（YDF ）提供能量；种子激光器 （Seed Laser）作为要放大的信 号，通过合束器（combiner ）注入增益光纤中，在增益光纤（YDF ）中和泵浦 光进行作用中得到放大。 976nm YDF Pump LD end Seed Laser combiner 图1 掺镱双包层光纤放大器结构示意图 第1 页/共12 页 图2 掺镱双包层光纤放大器结构模型 根据泵浦光和信号光注入增益光纤的位置不同，可以分为同向泵浦，即泵 浦光和信号光从增益光纤的同端注入；和反向泵浦，即泵浦光和信号光从增益 光纤的两端分别注入。掺镱双包层光纤放大器可以通过如图2 所示电信装置系 统图来表示。光纤长度为L，光纤的两个端面都进行角度切割以抑制菲涅尔反 射和自激振荡。由于掺镱双包层光纤发射截面相对较宽，因此将ASE 光谱划分  为间隔为 的X 个通道，中心波长为 ， 。种子光脉冲线宽  x 1, 2, , X  x s 为2nm ，假设光谱通道间隔  ，信号光和ASE 光具有相同的形式。Yb3+ s 离子表现为一种准两能级结构，对于其在光纤激光器和放大器内的行为的描 述，采用文献[3]中所引用的，普遍适用的微分方程掺镱光纤放大器的瞬态的速 率方程和功率传输方程可表示为： 第2 页/共12 页 N (z,t)   2  p p   N  N z, t   ( )N z, t  P z, t   P z,t      t hcA a p  2  e p 2  p p    N z, t   p p   N  N z, t  ()N z, t P z,t  P z,t   2            