20 動態仿真

RP Fiber Power可以模擬有源光纖系統的時間演化。前面討論了一些基本問題和兩種不同的數值模型。下面介紹了如何用RP Fiber Power實現這些模型：

一、首先，我們需要確定光纖的初始狀態，即仿真開始時的電子激發。為此，我們通常首先用通常的方法計算穩態粒子數。例如，考慮一個具有連續泵浦和低重復率的強信號脈沖放大的光纖放大器。在這種情況下，模擬一定泵浦功率但信號功率為零的穩態情況。這同樣適用于調Q激光器：初始狀態可以作為無激光泵浦的穩態。

當然，您也可以在另一個動態仿真之后進行動態仿真，從該仿真的最終狀態開始。

二、接下來，我們必須定義與時間相關的輸入功率。對于具有時間依賴性輸入的每個光信道，進行一個函數調用，如set_P_in_dyn(signal, 'P_s_in(t)')。這將為某些光信道的時間相關輸入功率分配一個表達式（此處為函數）。也可以直接輸入一個與時間相關的項；例如：set_P_in_dyn(ch, 'exp(-(t / 5e-9)^2)')。（稍后可以使用空字符串的調用來抑制對未來仿真的時間依賴性，并將輸入功率設置為0。）

三、 如果光纖端面的反射率也與時間有關（如調Q激光器中的情況），則可通過諸如set_R_dyn(signal, 'R1(t)','R2(t)')等函數調用來定義。這將為光纖兩端的時間相關反射率分配兩個先前定義的函數。

四、 諧振腔內的時間依賴性局部損耗（光纖的左側和右側）可通過set_loss_int_dyn(signal, 'l1(t) ', 'l2(t) ')來定義。這將為這些損耗分配兩個時間相關函數（值介于0和1之間）。例如，該函數可用于模擬有源Q開關。

五、如果不僅需要在光纖輸出端，而且需要在光纖內的任何位置訪問動態光功率，則必須對每個信道進行類似calc_P_dyn_z(ch,flag)的函數調用。第一個函數參數是信道號，第二個參數是標志，非零值表示必須存儲功率。必須在調用calc_dyn()之前完成該函數調用。（請注意，所需的內存量與所選信道的數量、光纖中的空間步長數以及動態仿真的時間步長數成比例。）

六、 如果需要訪問光纖內任何位置的動態激發，而不僅僅是光纖長度上的平均值，則必須進行類似calc_n_dyn_z(flag)的函數調用，其中參數必須為非零。必須在調用calc_dyn()之前完成該函數調用。

七、  然后用calc_dyn(t1, t2, dt)這樣的函數調用開始動態計算，它定義了一個時間間隔[t1, t2]和一個時間步長尺寸dt。然后，軟件模擬該時間間隔內系統的時間演化，并存儲所有信道的輸出功率。

八、  dt的非零值表示應使用簡化模型，忽略傳播時間，用戶可以指定一個時間步長尺寸，該時間步長可能比光通過某些光纖段傳播所需的時間要大得多，甚至是整個往返行程。請注意，用戶隨后負責使時間間隔足夠短，以便對不同的光功率進行適當的采樣。除此之外，如果能級粒子數變化過快而無法產生準確結果，軟件會自動選擇更精細的時間子步長。

九、如果0用于dt，這表明傳播時間不應被忽略，并且使用的時間步長尺寸與光通過一個光纖段傳播所需的時間相對應。該時間計算為光纖段長度乘以群折射率除以真空光速。群折射率取自變量n_g，用戶必須事先定義該變量。（玻璃光纖的典型值約為1.5。）此外，如果激光諧振腔包含額外的未摻雜光纖或空氣空間，您還可以使用函數set_delays(T1, T2)（在調用calc_dyn()之前）來定義激活光纖左側和右側發生的時間延遲（以秒為單位）。

十、有一個修改版本calc_dyn_cond()，有一個附加的字符串參數，這是一個條件（例如：'P_out_dyn(signal, t) < 1 MW'）。這里，傳播只在滿足條件時進行。該特性可用于在某些光功率或增益達到某個閾值時停止傳播。

十一、 最后，您可以使用各種函數檢索計算出的時間相關值：

十二、依賴時間的輸出功率是通過函數調用獲得的，比如P_out_dyn(ch，t)。

十三、如果在對應信道的calc_dyn()之前調用了calc_P_dyn_z(ch,1)，則可以使用P_dyn(ch, z, t)等調用計算光纖中任何時間相關的功率。

十四、  輸出功率的最大值可以用P_out_dyn_max(ch)獲得，峰值位置可以用t_peak(ch)得到。

十五、您可以使用n_av_dyn(l, t)獲得時間依賴性能級粒子數（在光纖長度上平均），使用sp_gain_dyn(ch, t)獲得時間依賴性單通增益。

十六、 如果calc_n_dyn_z(1)在calc_dyn()之前被調用，則可以使用n_dyn(l, z, t)等調用計算光纖中任何位置的時間依賴性激發。

十七、 此外，還可以使用P(ch,z)和n(z,l)等函數計算位置相關量，然后將其應用于模擬時間間隔的末尾。

還可以進行多個動態仿真，包括隨后的時間間隔。例如，當對Q開關激光器的脈沖發射進行建模時，對于打開Q開關（在脈沖發射的地方）的時間間隔使用精確的方法（dt=0），隨后對關閉Q開關的泵浦相位（可以使用更大的時間步長）使用簡化的方法，然后進一步模擬脈沖發射。每次調用calc-dyn（t1，t2，dt）函數后，在給定的時間間隔內，功率、激發和單通增益的動態數據可用，但在與先前函數調用相對應的時間間隔內不再可用。