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Tutorial: Modellierung der Pulsverstärkung

Autor: Dr. Paschotta

Dieses Tutorial behandelt verschiedene Aspekte der Verstärkung von Lichtpulsen recht ausführlich – mit besonderem Schwerpunkt auf Faserverstärkern, wobei vieles für Bulk-Verstärker aus Festkörpermaterialien sehr ähnlich wäre, sofern dotierte Isolatoren als Lasermedien verwendet werden.

Wir schauen sorgfältig auf die zugrundeliegende Physik und besprechen auch verschiedene wichtige praktische Aspekte der numerischen Modellierung solcher Bauelemente. Das kann sowohl für diejenigen sehr nützlich sein, die solche Verstärkermodelle selbst erstellen wollen, als auch für diejenigen, die von anderen erstellte Modelle nutzen – etwa unser Produkt RP Fiber Power.

Klicken Sie auf die Überschriften, um zu den folgenden Teilen des Tutorials zu gelangen:

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Teil 1: Modelle für verschiedene Bereiche der Pulsdauer

Es hängt weitgehend vom Bereich der Pulsdauer ab, welche Effekte bei der Modellierung der Pulsverstärkung berücksichtigt werden müssen. Wir müssen Aspekte wie die chromatische Dispersion, optische Nichtlinearitäten und Laufzeiten betrachten.

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Teil 2: Verstärkungssättigung

Je nach Betriebsbereich des Verstärkers kann die Verstärkungssättigung durch einen einzelnen Puls stark oder sehr schwach sein, sogar völlig vernachlässigbar. Ist sie schwach, so können wir dennoch eine erhebliche Sättigung durch einen schnellen Pulszug haben. Für verschiedene Situationen eignen sich verschiedene Modelltypen.

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Teil 3: Simulation von Pumpen und Pulsverstärkung

Üblicherweise muss man zuerst den Pumpvorgang simulieren – die Zufuhr von Energie in den Verstärker –, bevor man die Pulsverstärkung getrennt simuliert. Wir betrachten auch einige Aspekte der repetitiven Verstärkung, also der Verstärkung von Pulszügen.

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Teil 4: Multimode-Verstärker

Bei Verstärkern mit Multimode-Fasern kommen einige zusätzliche Aspekte ins Spiel: modenabhängige Verstärkung und bei ultrakurzen Pulsen auch die Intermodendispersion.

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Teil 5: Verstärkte Spontanemission

Die ASE-Leistungen werden bei starker Verstärkungssättigung durch einzelne Pulse deutlich zeitabhängig. Aus diesem und anderen Gründen kann man auf überraschende Befunde stoßen.

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Teil 6: Bulk-Verstärker

Verglichen mit Faserverstärkern lassen sich mit Bulk-Verstärkern weit höhere Ausgangs-Pulsenergien und Spitzenleistungen erreichen. Sie lassen sich mit ähnlichen Verfahren simulieren.

Beginnen wir mit Teil 1!

Übrigens finden Sie auf dieser Website viele weitere Materialien zur Faseroptik:

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