光纖放大器的教程包含以下十個部分：
Mzg3i* 1、光纖中的稀土離子
o2(w 2、增益和泵浦吸收
No\#N/1@P 3、穩(wěn)態(tài)的自洽解
]yKwH 9sl 4、放大的自發(fā)發(fā)射
L^e*_q2d:> 5、正向和反向泵浦
u|23M, 6、用于大功率操作的雙包層光纖
pJg:afCg 7、納秒脈沖光纖放大器
%;4#?.W8 8、超短脈沖光纖放大器
n^QDMyC;I 9、光纖放大器噪聲
q"Bd-?9 10、多級光纖放大器
UP-2{zb |? 接下來是Paschotta 博士關(guān)于光纖放大器教程的第6部分：
:C;fEJN hak#Iz0[C 第六部分：用于大功率操作的雙包層光纖
|g7)A?2J~ 基于單模光纖的光纖放大器的輸出功率非常有限，因為很難將高泵浦功率注入這種光纖。這有兩個原因：
Ty b_'|?rW • 高功率
激光二極管的光束質(zhì)量通常很差——不足以有效地發(fā)射到單模核心。
h`fZ 8|yw • 即使有一個高功率單模泵浦源，注入泵浦光也是一個非常微妙的問題。光纖纖芯中的高泵浦強(qiáng)度不會是主要問題：畢竟，高功率光纖放大器也可以應(yīng)對類似的高信號輸出功率。然而，由于發(fā)射效率永遠(yuǎn)不會100%，即使使用高質(zhì)量的泵浦光束，也會將大量功率發(fā)射到包層中，然后可能由于過熱而破壞光纖，例如由于涂層處的吸收（即使光纖末端被剝離了一些重要的長度）。
rKPsv *w 這個問題可以通過使用雙包層光纖來解決。它們在纖芯周圍有一個泵浦包層，纖芯本身被折射率更低的外包層包圍。泵浦包層通常具有比光纖纖芯大得多的直徑和更高的數(shù)值孔徑，構(gòu)成多模波導(dǎo)，即使泵浦光束質(zhì)量不是很好，也可以輕松有效地將高功率泵浦光發(fā)射到其中。纖芯的折射率仍然高于泵浦包層的折射率，因此它支持單導(dǎo)模，有時甚至支持幾個模。
w +rw<,u% 射入泵浦包層的光也進(jìn)入光纖纖芯，在那里它可以被激光活性離子吸收。（請注意，泵浦包層是未摻雜的，因此那里沒有泵浦吸收。）只是，泵浦光與摻雜纖芯的重疊減少了，因為大部分泵浦功率在未摻雜的泵浦包層中傳播。
AkjoD7.* 圖 1 顯示了泵浦光如何注入內(nèi)包層（泵浦包層），而信號光如何注入光纖纖芯并保留在那里。
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' j>] XXw Ip-' a:|]F| 圖 1： 基于雙包層光纖的包層泵浦光纖放大器。信號光射入摻雜纖芯，泵浦光射入內(nèi)包層。芯為 D 形，可更有效地泵吸。
Q9y|1Wg1W 優(yōu)化泵吸收
NO*~C',cI/ 所提到的注入泵浦包層（而不是直接進(jìn)入纖芯）的泵浦光的吸收減少會導(dǎo)致缺點，如下面更詳細(xì)討論的。因此，最大化雙包層光纖中的泵浦吸收通常是有益的。
?_pd#W=! 一種直接的方法是使泵包層盡可能小。當(dāng)然，這增加了對泵浦光束質(zhì)量的限制。數(shù)值孔徑（即泵浦包層和外包層之間的折射率對比）越高，該問題就越不嚴(yán)重。
h< m>S,@g 另一種方法是使摻雜光纖纖芯盡可能大，從而減小泵浦包層與纖芯的面積比。限制通常是由需要穩(wěn)健的單模信號傳播來設(shè)定的，這對于大纖芯來說更加困難（參見關(guān)于大模面積光纖的百科全書文章）。有時，人們接受具有多個導(dǎo)模，盡管這使得獲得高光束質(zhì)量的信號輸出變得更加困難，并且還可能導(dǎo)致在高功率水平下的某些模式不穩(wěn)定性。
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$%L0)5 其次，可以最大化纖芯的摻雜濃度。但是，這是有限制的；在高摻雜濃度下，有害的猝滅效應(yīng)變得太強(qiáng)，對于高功率操作，每米光纖的功率耗散可能會過高。
.*k!Zl* ,,XHw;{ 圖 2： 泵浦光沿帶有圓形泵浦包層的雙包層光纖的幅度分布。使用RP Fiber Power軟件完成的數(shù)值模擬表明，泵浦強(qiáng)度分布在核心區(qū)域形成了一個“洞”。剩余的泵浦光表現(xiàn)出相當(dāng)不完全的吸收。例如，使用 D 形磁芯可以減輕這種影響。
<\:*cET3 一些雙包層光纖的一個令人討厭的問題是，泵浦吸收甚至比僅考慮上述面積比所預(yù)期的還要差。這是因為對于泵包層的不同模式，與纖芯的重疊是完全不同的。其中一些與核心幾乎沒有重疊，因此僅表現(xiàn)出非常弱的泵吸吸收。經(jīng)過一段光纖長度后，可能僅在這些模式下留下大量泵浦功率，并且使光纖更長沒有太大幫助（參見圖 2）。一些泵浦包層模式的吸收比平均值好得多也無濟(jì)于事，因為超過 100% 的吸收無論如何是不可能的。
3! ;o\bgK 有多種可能的對策，例如光纖的強(qiáng)烈卷繞（這會導(dǎo)致模式加擾）和使用不太對稱的光纖設(shè)計，這種設(shè)計沒有泵浦包層模式，纖芯重疊非常低。圖 3 顯示了不同的設(shè)計。最簡單的一種具有圓形泵浦包層和中心芯的設(shè)計，如圖 2 所示，在泵浦吸收方面非常差，而其他的都更好。
0T3r#zQ ?{Xp'D\z 圖 3：雙包層光纖 的各種設(shè)計。纖芯為藍(lán)色，內(nèi)包層為淺灰色，外包層為深灰色。沒有顯示經(jīng)常使用的附加聚合物涂層。
unL1/JY z 雙包層光纖也可以制成
光子晶體光纖，如圖 4 所示。在這里，多模泵芯由空氣包層中的非常薄的支柱懸掛，泵浦光無法通過這些支柱逃逸。這樣的結(jié)構(gòu)對于泵浦光可以具有非常高的數(shù)值孔徑，這降低了對泵浦光束質(zhì)量的要求。纖芯的引導(dǎo)與其他光子晶體光纖一樣。
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