RP Fiber Power: Simulations- und Design-Software für Faseroptik, Faserverstärker und Faserlaser
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Beispiel: Erbium-dotierter Faserverstärker
Beschreibung des Modells
Wir simulieren einen Faserverstärker mit den folgenden Eigenschaften:
- Die Faser weist single-mode-Verhalten bei der Signal- und Pumpwellenlänge auf. Die Moden haben etwa Gauß-förmige Intensitätsverteilungen mit leicht unterschiedlichen Modenradien.
- Die Erbium-Dotierungskonzentration hat einen Einbruch auf der Faserachse, wie es für solche Fasern typisch ist.
- Der Verstärker wird bidirektional gepumpt, mit 400 mW Pumpleistung bei 980 nm von jeder Seite. Das Eingangssignal hat eine Leistung von 1 mW.
- Da die Verstärkung relativ hoch ist, wird verstärkte Spontanemission (ASE) berücksichtigt.
- Ein gewisses Maß von Upconversion-Verlusten ist ebenfalls eingebaut.
Ergebnisse
Abbildung 1 zeigt die optischen Leistungen entlang der Verstärkerfaser und ebenfalls die relative Anregung der Erbium-Ionen. Letztere ist höher auf der linken Seite, weil dort die Signalleistung geringer ist.
Abbildung 2 zeigt das optische Spektrum der verstärkten Spontanemission für beide Ausbreitungsrichtungen. ASE in Rückwärtsrichtung ist bei kurzen Wellenlängen deutlich stärker. Dies ist typisch für Quasi-Dreiniveau-Systeme.
Als Nächstes untersuchen wir die Sättigungseigenschaften: Die Verstärkung wird reduziert (gesättigt) für hohe Signal-Eingangsleistungen. Kurven für Pumpleistungen zwischen 100 mW und 500 mW (je Seite) werden gezeigt.
Nun testen wir die Abhängigkeit der Ausgangsleistung von der Faserlänge. Dies zeigt, dass die Faserlänge hier kein besonders kritischer Parameter für die Effizienz ist.
Das letzte Bild zeigt die Verstärkung und die Rauschzahl (noise figure) bei der Signalwellenlänge in Abhängigkeit der gesamten Pumpleistung.
