什么是放大的自发辐射Amplified Spontaneous Emission（ASE）？
发布时间：2023-03-20 08:00:00 阅读数： 621
放大的自发发射是指即使在没有光信号被放大的情况下，抽运的激光增益介质所表现出的自发发射。自发发射是一个过程，其中处于激发状态的原子在没有任何外部刺激的情况下自发地发射一个光子。这个过程是随机发生的，没有任何特定的方向或相干性。然而，在有增益介质的情况下，这种自发发射可以通过反馈机制被放大。
图1：正向泵浦光纤放大器中的ASE光谱
当激光增益介质被泵浦以实现群体反转时，就会产生ASE。对于染料激光器中的低增益染料，需要较长的时间来建立振荡器中的发光，所以如果抽运较早，就会导致振荡器的自发发射被放大。光纤放大器中的前向和后向ASE如图1所示。
对于光纤激光器或光纤放大器来说，穿过光纤的放大的自发发射可以明显强于发生在各个方向的发光发射。如果放大的自发辐射（ASE）没有足够的强度来产生显著的功率，它就会对放大的信号的噪声水平作出贡献。ASE也限制了激光放大器的噪声系数。
准三级激光增益介质的ASE比四级激光介质的ASE更强。稀土掺杂光纤放大器的输出ASE光谱与光纤在横向上发出的荧光不同。这种不同背后的原因是与波长有关的放大和重吸收。另外，前向和后向的ASE功率是不同的。一般来说，在与泵浦方向相反的方向上，ASE往往更强。ASE的光谱形状也可能依赖于泵的强度水平，如图2所示。
图2：不同泵浦功率水平下计算的后向ASE的光谱
从图2中可以看出，光谱向短波长转移，其中增益随着功率的增加而提高，并变得更窄。
ASE的特性
像激光束一样，ASE的光也有一定的方向性。ASE具有比激光发射更宽的光学带宽，更低的极化程度，以及不同的时间曲线。对于脉冲染料激光器来说，ASE很强，因为这些激光器有很高的激光增益，而且染料可以发出很宽的光学带宽。ASE的缺点是减少了激光束输出的脉冲能量，但从想要的激光束中提取了一些储存的能量。如果不减少ASE，它可能会污染激光束并对激光的应用产生影响。
应用
ASE最常见的应用之一是在光纤放大器中，它被用来放大光纤通信系统中的光信号。在这些放大器中，增益介质通常是掺杂光纤，如掺铒光纤，它被泵浦激光器激发。当光纤中的受激原子自发地发射光子时，由于反馈机制，发射的辐射被放大。这使得微弱的光信号可以被放大，而不需要昂贵和复杂的放大系统。
ASE还被用于其他各种应用中，例如在激光冷却中，通过利用自发发射的光子的反冲效应，它可以将原子冷却到非常低的温度。ASE还被用于开发高功率激光器，在那里它可以用来改善光束质量并降低发光的阈值。
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