在光纤放大器和半导体光放大器中，当激活粒子从激发态返回到基态并放大光信号时，会产生随机非相干的自发辐射，这种现象被称为放大器自发辐射噪声（ASE）。
对于ASE来说，放大器的增益大小是一个关键因素。通常情况下，当增益超过大约30dB时，ASE变得明显。一般而言，单个放大器能够实现的信号增益可达到40dB左右。光纤中引导的模式越多，捕获的自发辐射光就越多，因此ASE也越强。相应地，单模光纤捕获的自发辐射光最少，所以ASE也最弱。几乎所有低功率光纤放大器都采用单模光纤，而高功率设备则倾向于使用多模光纤，这会导致更强的ASE。对于表现出准三能级行为的激光活性离子，ASE会显著增强，通常增加几个分贝。这是因为为了获得一定的增益，需要更高的激发密度来克服信号的再吸收，从而导致更强的自发发射。当ASE的方向与光纤开始处激发密度较低的方向相反时，这种效应尤为明显。因此，ASE通常在与泵浦方向相反的方向上更强。示例1：在940nm泵浦的掺镱光纤放大器中的ASE在这个示例中，我们考虑了一个用940nm的1000mW泵浦的掺镱单模光纤，且没有注入信号。上图显示，在正向方向产生了相当大的ASE功率，而在反向方向上的ASE更大。ASE对镱激发密度有显著影响，其最大值不是在泵浦最强的地方（图的左端），而是在ASE最弱的地方。由于激发密度的这种变化，泵浦功率以一种不太规则的方式衰减：最初快速衰减，然后缓慢衰减，接着再次快速衰减。现在我们来观察正向和反向方向光纤端的ASE功率密度光谱：在长波长区域（1060nm及更长），正向和反向ASE之间几乎没有差异，因为这里的镱离子表现出近乎纯四能级行为。然而，在975nm左右，反向ASE强得多，并且提供的功率比更长波长处的光谱峰值还要多。在光纤长度的最后1/3处，激发密度低于50%，并且在975nm处存在净吸收。正向ASE在该区域被强烈衰减，只有长波长的ASE能够到达末端。同时，低激发密度区域为反向ASE提供了大量自发发射作为种子，即使那里的净增益是负的。此外，下图中清楚地展示了这一点，其中功率以对数方式标注，并单独显示了970nm至980nm之间的ASE。反向ASE即使在净增益为负的区域也能持续增长，一旦进入正增益区域，其强度便能在更高水平上进一步增强。相对地，975nm附近的正向ASE在光纤末端则会迅速衰减。已测得光纤在1030nm处的增益为44dB，ASE是限制这一增益的主要因素。理论上，在没有ASE影响的情况下，该配置的增益可达76dB，对于更长的光纤，增益还有可能更高。下图展示了两个波长的小信号增益如何随泵浦功率变化。当泵浦功率超过100mW时，ASE的影响开始显现，导致增益下降。示例2：在975nm泵浦的掺镱光纤放大器中的ASE调整泵浦波长会显著影响ASE的表现。例如，如果我们继续使用相同的光纤，但将泵浦波长改为975nm而不是之前的940nm，那么在975nm处就不可能实现净增益，因为泵浦作用将激发密度限制在大约50%左右。下图显示了功率和Yb激发的功率分布。可能会让人感到惊讶的是，尽管在975nm处的吸收截面远高于940nm处，但现在的泵浦功率却不能再在3米长的光纤中被完全吸收。这种现象并非由ASE引起；即使在ASE较弱的低功率水平下也会发生。原因在于975nm处的泵浦饱和更为显著。理解这一点的最好方式是考虑到吸收的泵浦光能量必须通过自发发射来释放；Yb离子没有其他方式来释放这种能量，它们平均只能吸收和辐射相同数量的光子。因此，使用975nm泵浦导致的较低激发密度（由于强烈的受激发射）意味着每厘米光纤辐射的能量较少，因而能够吸收的泵浦功率也较少。另一个较不重要的因素是975nm光子的能量较低，所以在相同功率下会产生更多的光子。现在我们来看正向和反向的ASE光谱，发现它们现在几乎相同：
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从上图中可以看出，975nm处的峰值虽然仍然存在，但其强度明显减弱，因为在光纤的任何位置都没有观察到正的净增益。这一现象表明，即使在975nm处的吸收截面较高，但由于泵浦光无法在光纤中产生足够的净增益，ASE的强度也受到了限制。下图再次显示了1030nm小信号增益与泵浦功率的依赖性。
曲线的形状与使用940nm泵浦时相比发生了显著变化，增益的上限更为严格。这种变化与泵浦功率未能被光纤完全吸收有关。当泵浦功率达到一定水平以上时，超出的泵浦功率只会从光纤的另一端输出，而不会进一步增加增益。如果使用稍长的光纤，情况会有所不同，比如说使用4米而不是3米的光纤
有意思的是，当泵浦功率为200mW时，较长的光纤在1030nm处提供的增益反而比短光纤要少。这种情况在1080nm的增益中并不出现。1030nm处的增益减少主要是由于该波长处的再吸收更强所致。那么，我们如何最小化ASE？为了有效减少放大自发辐射（ASE）的影响，可以采取以下措施：
1. 限制放大器的峰值增益，避免过高的增益导致ASE的显著增加。
2. 优先选择使用单模光纤而非多模光纤，因为单模光纤可以减少模式竞争，从而降低ASE的产生。
3. 如果待放大的信号是极化的，使用偏振光纤可以进一步减少ASE，因为偏振光纤只引导一个线性极化方向的光，这样可以减少自发辐射的模式数量。
4. 对于具有准三能级特性的激光跃迁，应尽可能保持光纤两端的激发密度高，以减少ASE的产生。
5. 反向泵浦可能比正向泵浦更有效，因为它可以更均匀地激发掺杂离子，减少ASE的产生。
6. 使用由两个或更多放大器阶段组成的放大器链，并在阶段之间滤除ASE，可以显著提高信噪比。
我们通过这些措施，可以有效地控制和减少ASE，从而提高光纤放大器的性能。
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