Tutorial: Modellierung der Pulsverstärkung
Dies ist Teil 5 eines Tutorials über die Modellierung der Pulsverstärkung von Dr. Paschotta.
2: Verstärkungssättigung
3: Simulation von Pumpen und Pulsverstärkung
4: Multimode-Verstärker
5: Verstärkte Spontanemission
6: Bulk-Verstärker
Teil 5: Verstärkte Spontanemission
Behandelte Fragen:
Faserverstärker für Pulse liefern oft eine hohe Verstärkung – etwa 40 dB in einer einzelnen Stufe oder weit mehr in einem mehrstufigen Verstärkersystem. Als Folge erhalten wir auch eine erhebliche Menge an verstärkter Spontanemission (ASE).
Zudem können die erzeugten ASE-Leistungen wegen der zeitabhängigen Verstärkung deutlich zeitabhängig sein. Nun, diese Zeitabhängigkeit ist schwach bei Pulszügen mit hoher Wiederholrate, bei denen jeder Puls eine vernachlässigbare Verstärkungssättigung verursacht (wie in Teil 2 erklärt). Bei Verstärkern mit effizienter Energieentnahme kann sie jedoch ein sehr starker Effekt sein: Die ASE kann zu Beginn eines Pulses stark und danach vernachlässigbar sein.
In der Software RP Fiber Power können wir bislang einen ultrakurzen Puls nur in einem oder zwei optischen Kanälen gleichzeitig propagieren, und wir können den durch die Verstärkungssättigung verursachten Abfall der ASE während des Pulses nicht simulieren. Wir haben jedoch die zeitabhängigen ASE-Leistungen für alle anderen Zeiten (etwa während des Pumpens). Das genügt meist; beachten Sie, dass der Effekt der Verstärkungssättigung durch ASE während des kurzen Zeitfensters der Pulssimulation normalerweise völlig vernachlässigbar ist.
Wir können dann leicht die ASE-Leistungen über der Zeit zwischen zwei beliebigen Pulsen darstellen, oder die minimale und maximale ASE innerhalb eines solchen Intervalls als Funktion der Pulsnummer, oder die ASE-Spektren vor und nach dem Puls zeigen. Letzteres geschieht im folgenden Diagramm:
Um übrigens die mittleren ASE-Leistungen über viele Pumpzyklen zu erhalten, kann man oft nicht einfach den Mittelwert der Werte vor und nach den Pulsen nehmen, da die Zeitabhängigkeit während des Pumpens stark nichtlinear sein kann. Man muss die ASE-Leistungen also über einen Pumpzyklus integrieren.
Schlussfolgerungen
Einige Schlussfolgerungen aus diesem Teil des Tutorials:
- Bei starker Verstärkungssättigung durch einzelne Pulse werden die ASE-Leistungen deutlich zeitabhängig.
- Wegen des Quasi-Drei-Niveau-Charakters der meisten Faser-Verstärkungsmedien lassen sich in der ASE überraschende Details beobachten.
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