RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設計軟件——建模原理10

功率計算的一般假設

RP Fiber Power物理模型的基本假設如下:

摻雜濃度必須在縱向上保持恒定。(然而,它們可以依賴于徑向和方位角坐標。)

所有特定類型的摻雜離子的行為基本相同,即增益介質呈現均勻展寬。

例如,對于許多摻鐿和摻鉺光纖來說,這一假設已得到很好的滿足,但對于某些摻釹石英光纖,這一假設并未得到很好的滿足。由于各種原因,很難模擬這種情況。即使軟件能做到這一點,也很難獲得相應的光譜數據。

空間燒孔效應作為非均勻展寬的另一個可能來源也被忽略了。

在典型情況下,光纖激光器的發射帶寬使得空間燒孔效應非常微弱,可以安全地忽略。

假設光通道在光纖中傳輸時保持給定的強度形狀。

如果一個信道對應于某個光纖模式,這個假設通常會得到很好的滿足。然而,如果一個通道由多個模式組成,那么它的強度分布實際上可能會隨著模式上的功率分布的變化而變化;那么,這一假設可能無法很好地實現。這可能是包層泵浦光纖的一個問題,當假設泵浦通道有一個簡單的頂帽強度分布,由許多模式組成。

還要注意,模式耦合效應可能在某些情況下發生,例如光纖的強彎曲。這種效應不能用軟件模擬。

不同通道對應的強度只是簡單地相加,隱含地假設它們之間沒有相干。

對于寬帶信號,這一假設已得到很好的滿足。然而,在某些情況下,這種假設可能是無效的——例如,當一個單頻信號注入多模光纖中,從而激發多個模式時。它們的相互相干會導致干擾效應,建模當然需要知道模式的相關相位。

光纖中的非線性光學效應(如受激拉曼和布里淵散射)被忽略(超短脈沖模擬除外)。

這對大多數使用連續波輸入的光纖激光器和放大器都是有效的。對于脈沖器件,可能存在非線性效應,從而改變其性能。軟件不能在動態計算中考慮這些因素,但它允許檢查是否進入這種非線性狀態——例如,通過計算光功率的拉曼增益。

在每個斯塔克能級流形中,激光活性離子的粒子數分布始終處于熱平衡狀態。

這一假設通常在穩態情況下得到很好的滿足,但在某些動態情況下(極短和強脈沖的放大),這可能是錯誤的。

對于模式求解器,假設光纖具有弱導性,即折射率對比度不過高。此外,折射率分布需要是徑向對稱的和真實的。

這些假設基本上適用于所有摻雜玻璃光纖,光子晶體光纖除外。對于增益或吸收很強的光纖,折射率實際上變得很復雜,軟件無法處理。然而,在幾乎所有的實際情況下,光纖的增益或損耗都太弱,以至于無法與這相關。

在超短脈沖仿真中,只考慮單一光纖模式。涉及高階模式或反向傳播波的非線性耦合效應(如布里淵散射和拉曼散射)無法建模。

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