用惠更斯原理研究光纤放大器的增益和损耗
发布时间：2020-05-14 23:20
【摘要】：光纤放大器在光纤通信和光纤传感中有着广泛应用,研究光纤放大器内光和微观粒子相互作用,具有重要理论意义和应用价值。本文首次将惠更斯原理用于研究掺铒光纤放大器的增益和损耗。首先,从数学上对惠更斯子波和子波包络进行了探究,根据惠更斯子波是波动方程的球面波解,由此得出惠更斯子波包络的数学实质为,波动方程不同形式解之间的变换。基于对惠更斯原理数学实质的新认识,以更加简洁的方式得出了惠更斯子波表达式,并用数学分析的方法证明了惠更斯原理。本文用自洽法得到了惠更斯子波的方向性,以及子波的振幅和位相。根据电磁波的坡印廷矢量,利用矢量分析法得到了惠更斯子波的倾斜因子。根据受激辐射光位相超前入射光π/2的观点,对铒离子的受激辐射光增益进行了研究,在光增益过程中,粒子集体受激辐射光叠加与入射光位相相同,很好的解释了光纤中的光增益和正向放大特征。考虑到光损耗等效于光增益为负的状况,得到了光纤内粒子吸收损耗的表达式。采用惠更斯子波作为基元函数,首先对自由空间中折射率不均匀的区域用微球等效,用惠更斯原理得出瑞利散射与透射光的损耗。随后,我们把上述方法推广到光纤中,分别采用折射率突变和渐变的微球,代替光纤内局部折射率不均匀的区域,得到了两种情况下的瑞利散射与透射光的损耗。
【图文】：
长春理工大学硕士学位论文 粒子能级间跃迁速率方程目前，对光增益的理论分析大都基于粒子在能级间的跃迁速率，因此可以采用激理中的三能级系统，对掺铒光纤放大器的泵浦过程进行解释，如图 2.1 所示。掺铒光纤放大器利用光纤内铒离子的受激辐射对信号光进行放大。由于泵浦光的，光纤内的铒离子会从基态跃迁到激发态，但是铒离子在激发态上的寿命很短，1μs ，所以会迅速跃迁到亚稳态上，亚稳态上铒离子的寿命较长，约为10ms[55]。亚稳态的粒子数比基态的多，所以能实现粒子数反转[56]，铒离子在入射光的影响激辐射，使得信号光被放大。在对信号光放大的同时，通过自发辐射的形式跃迁态的铒离子会产生噪声，它们在传播过程中也会被不断放大，，会对泵浦功率造成不必要的消耗。
17 世纪时就提出了光的波动学说，并用子波包络解释了原理作为光传播过程的一种解释，主要应用于光的衍射研斯原理是把光的传播过程转化为光辐射过程。人们已经对分研究，但是还未探讨过其数学本质。为了更好地对光纤常有必要对惠更斯原理的数学本质进行探究。理的数学本质更斯原理的数学本质，我们研究光从波面1S 传播到2S 的过后，1S 面上各点发射出球面子波，对于1S 面内的 P 点的 ( )ike K dρθ σρ，利用惠更斯-菲涅耳原理[27]，可得1S 面发出= ( )ikQ PeU C U K dρθ σρ
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722
【图文】：
长春理工大学硕士学位论文 粒子能级间跃迁速率方程目前，对光增益的理论分析大都基于粒子在能级间的跃迁速率，因此可以采用激理中的三能级系统，对掺铒光纤放大器的泵浦过程进行解释，如图 2.1 所示。掺铒光纤放大器利用光纤内铒离子的受激辐射对信号光进行放大。由于泵浦光的，光纤内的铒离子会从基态跃迁到激发态，但是铒离子在激发态上的寿命很短，1μs ，所以会迅速跃迁到亚稳态上，亚稳态上铒离子的寿命较长，约为10ms[55]。亚稳态的粒子数比基态的多，所以能实现粒子数反转[56]，铒离子在入射光的影响激辐射，使得信号光被放大。在对信号光放大的同时，通过自发辐射的形式跃迁态的铒离子会产生噪声，它们在传播过程中也会被不断放大，，会对泵浦功率造成不必要的消耗。
17 世纪时就提出了光的波动学说，并用子波包络解释了原理作为光传播过程的一种解释，主要应用于光的衍射研斯原理是把光的传播过程转化为光辐射过程。人们已经对分研究，但是还未探讨过其数学本质。为了更好地对光纤常有必要对惠更斯原理的数学本质进行探究。理的数学本质更斯原理的数学本质，我们研究光从波面1S 传播到2S 的过后，1S 面上各点发射出球面子波，对于1S 面内的 P 点的 ( )ike K dρθ σρ，利用惠更斯-菲涅耳原理[27]，可得1S 面发出= ( )ikQ PeU C U K dρθ σρ
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN722
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1 于子恕;;惠更斯原理的启示[J];昆明师专学报;1989年01期
2 褚
本文编号：2664090
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