L04 · 增益与反馈

单程光放大器

把种子光送入泵浦介质。比较放大后的信号与前向 ASE 通道，追踪局部反转耗尽，并在没有反馈镜时制造明亮输出。

输入种子功率 $\text{—}$

输出种子通道功率 $\text{—}$

所选前向 ASE 功率 $\text{—}$

种子功率增益 $\text{—}$

小信号参考增益 $\text{—}$

饱和功率 $\text{—}$

出口局部增益 $\text{—}$

出口剩余反转比例 $\text{—}$

总前向光子通量 $\text{—}$

1064 nm 的稳态、均匀理想四能级前向通道模型。固定模式面积 0.5 mm²、恢复寿命 0.5 ms；布居为连续密度，装置中的 40 个标记为取整示意。ASE 为收集比例 0.0001 的一个前向光谱和角度通道，不代表总发光功率。忽略反向 ASE、泵浦传播、衍射与热效应。光场尺寸和亮度为示意。

先抓重点

\sigma(\Delta)=\frac{\sigma_0}{1+(\Delta/\gamma)^2},\qquad g_0=\sigma N_0

失谐以增益半宽为单位；截面针对单个发射体，密度以每立方米表示，增益以每米表示。

N(z)=\frac{N_0}{1+[P_s(z)+P_a(z)]/P_{\mathrm{sat}}},\quad P_{\mathrm{sat}}=\frac{h\nu A}{\sigma\tau}

固定恢复储备使上能级密度趋向未饱和值；下能级为空。模式面积为 0.5 平方毫米，恢复时间为 0.5 毫秒。

\frac{dP_s}{dz}=\sigma NP_s,\qquad\frac{dP_a}{dz}=\sigma NP_a+\beta\frac{h\nu AN}{\tau}

开启时所选自发收集比例为 0.0001。源项与种子放大消耗同一上能级能量。没有反向波。

\ln\frac{P_{\mathrm{out}}}{P_{\mathrm{in}}}+\frac{P_{\mathrm{out}}-P_{\mathrm{in}}}{P_{\mathrm{sat}}}=g_0L\quad(\beta=0)

关闭 ASE 后，该隐式关系可检查数值传播。足够弱的种子恢复指数增益，而增加的光学功率受到泵浦补充储备的限制。

容易误解显示的 ASE 功率等于全部自发输出。

正确理解只收集明确的前向角度和光谱通道。忽略反向及未收集辐射，因此读数不是总荧光。

容易误解探测器或显示限制了功率。

正确理解数值密度被所建模的总光学功率耗尽；线性功率读数独立于场景亮度示意。