УДК 528.8.044.6
Математическое моделирование и экспериментальное
сравнение прямой и обратной накачки в рамановском усилителе для лидарных
применений
В. И. Григорьевский
Фрязинский
филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, 141120,
Московская область, Фрязино, пл. академика Введенского, 1
Статья поступила в редакцию
28 июля 2018 г.
Аннотация. В работе проведено
исследование характеристик выходного излучения рамановского волоконного
усилителя на длину волны 1650 нм при сравнении прямой и обратной накачки,
осуществляемой на длине волны 1540 нм. Усилитель предназначен для лидарных
измерений концентрации метана в атмосфере Земли. Использовался как модельный
расчет выходной мощности на основе точных уравнений распространения накачки в волокне
в прямом и обратном направлении, так и прямой эксперимент по сравнению обеих
видов накачки мощностью 3.5 Вт в волокне длиной 1500 метров, который подтвердил преимущество обратной накачки для характеристик выходного сигнала,
таких как мощность и спектральная чистота.
Ключевые
слова: лидар, рамановский усилитель, лазер, накачка.
Abstract. In this work a study of the characteristics of the
output radiation of a Raman fiber amplifier at a wavelength of 1650 nm when
comparing direct and reverse pumping performed at a wavelength of 1540 nm was
carried out. The amplifier is designed for lidar measurements of methane
concentration in the Earth's atmosphere. A model calculation of the output
power was used on the basis of exact equations for the propagation of pumping
in the fiber in the forward and backward directions. Also we made a direct
experiment comparing both pump types with a power of 3.5 W in a fiber with a
length of 1500 m. The study showed the advantage of reverse pumping in Raman
amplifiers in the wavelength range of ~ 1650 nm both in terms of output power,
as well as in spectral purity of the output signal, which is especially valuable
for lidar applications. A qualitative explanation of this effect consists in a
more efficient use of pumping: with small input signals, together with low
pumping at the initial length of the active fiber and at high pumping, together
with a large signal on a finite length of fiber. The filtration of the pumping
residuals is also better in this case. When the pumping is propagated back with
a small input signal, the noise characteristics of the output signal are
better, the spectrum is cleaner, the filtration of the pumping remains is
better. With large input signals, the difference in output power for both types
of pumping decreases: if for small signals this difference is 2-3 times, then
for large signals ~ 1.5 times. This is also understandable, since large input
signals with direct pumping efficiently remove the inversion on the initial portion
of the fiber, that is, the pumping is used more fully.
Keywords: lidar, Raman amplifier, laser,
pumping.
Для цитирования:
В. И. Григорьевский.
Математическое моделирование и экспериментальное сравнение прямой и обратной
накачки в рамановском усилителе для лидарных применений. Журнал
радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №8. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/aug18/12/text.pdf
DOI
10.30898/1684-1719.2018.8.12