А.А. Машкин, студент V курса; В.В. Фомин,к.ф-м.н, НТО "ИРЭ-ПОЛЮС"
НТО “ИРЭ-Полюс”
Московский Физико-Технический Институт
При изучении трансформации формы оптического импульса при прохождении через волоконный усилитель было установлено, что для расчета формы и мощности выходного импульса при известном входном импульсе необходимо знать интегральное значение населенности верхнего рабочего уровня (интеграл от населенности верхнего рабочего уровня по длине волокна) к моменту начала прохождения импульса через усилитель [1,4]. Данную задачу можно решить, изучая стационарный суперфлуоресцентный (без входного сигнала) режим работы усилителя, в предположении, что такой режим реализуется в промежутках между импульсами. Кроме того, исследование такого режима может дать сведения о накопленной энергии в волокне. Целью данной работы являлось:
- построение теоретической модели волоконного усилителя, работающего в стационарном суперфлуоресцентном режиме;
- экспериментальная проверка модели посредством измерения энергетических и спектральных характеристик волоконных усилителей легированных ионами Yb3+.
Модель суперфлуоресцентного стационарного режима работы волоконного усилителя строится на основе балансных уравнений, записанных для двухуровневой модели иона Yb3+. В балансных уравнениях производные по времени приняты равными 0. Накачка считается монохроматической. Суперфлуоресцентное излучение распространяется в волокне во встречных направлениях [2,3]. Граничные условия на входе и выходе усилителя таковы, что мощность излучения, входящего в усилитель равна нулю. Уравнение решалось численным методом. Диапазон длин волн в районе пика поглощения Yb3+разбивался на 150 точек. С помощью численных методов находилась зависимость мощности от продольной координаты в каждой спектральной точке. Далее производится аппроксимация зависимостей по точкам данного разбиения.
С помощью модельного эксперимента были получены значения мощности и
спектры излучения в произвольной точке усилителя. Также был произведён
расчёт распределения мощности накачки и населённостей рабочих уровней
вдоль волокна. Достоверность теории проверялась путем сравнения
экспериментально полученных и теоретически рассчитанных мощностей (см.
рис., длина усилителя – 7м) и спектров излучения, а также
поглощенных мощностей накачки. В работе исследуются усилители различной
длины (1, 2, 5 и 7 метров), мощность накачки варьируется в пределах от
0 до 4.4 Вт.
Литература
- L. M. Frantz, J. S. Nodvik “Theory of Propagation Light Pulses through Optical Quantum Amplifier”, J. Appl. Phys., 34, № 8, 2346 (1963).
- E. Dusirvire “Erbium-Doped Fiber Amplifiers. Principles and Applications”.
- P.C Becker, N.A. Olsson, J.R. Simpson “Erbium-Doped Fiber Amplifiers”.
- Выпускная квалификационная работа на степень бакалавра Машкина А.А. “Эволюция формы оптического импульса при прохождении через активированное ионами Yb3+ волокно”.
