主動(dòng)調(diào)Q光纖激光器
關(guān)注創(chuàng)建者：墨光科技 創(chuàng)建時(shí)間：2020-07-07
主動(dòng)調(diào)Q光纖激光器的實(shí)例教程
文件：Actively Q-switched fiber laser .fpw
該范例為調(diào)Q光纖激光器中如何模擬脈沖的產(chǎn)生。
采用雙包層光纖激光器，以及雙端泵浦。將部分反射的光纖布拉格光柵置于活性光纖右端，而調(diào)制器位于左端，組成輸出耦合器。
模擬多脈沖的產(chǎn)生，并對(duì)比其中的特性非常有益，定義調(diào)Q中模擬運(yùn)行及終止時(shí)間兩個(gè)函數(shù)也是非常方便的。極易模擬出多個(gè)調(diào)Q周期的生動(dòng)圖形。
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文件： Nd-YAG laser, actively Q-switched .fpw ,
Nd-YAG laser, actively Q-switched .cf .fpw
該模型為 RP Fiber Powr軟件模擬體激光器的實(shí)例。隨著激光器內(nèi)晶體被持續(xù)不斷的端面泵浦，通過晶體的光束半徑近似常量。在現(xiàn)有情況下，高斯光束的瑞麗長(zhǎng)度為215mm，光束半徑為200um，為晶體長(zhǎng)度的十倍，滿足設(shè)定條件。
當(dāng)泵浦光束略微傾斜，不再軸對(duì)稱。因此，需要采用矩形結(jié)構(gòu)，而非環(huán)形結(jié)構(gòu)模型。選擇合適的分辨率，足以滿足高斯光束的完整采樣。
動(dòng)態(tài)模擬分兩步。首先模擬泵浦相位，Q調(diào)制抑制激光的產(chǎn)生。此階段可在一較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)，需要幾秒鐘。其次，模擬調(diào)Q脈沖的產(chǎn)生。此階段僅需較短的時(shí)間范圍（可自動(dòng)選擇），普通電腦計(jì)算僅需零點(diǎn)幾秒鐘。
需指出，Q調(diào)制的調(diào)制時(shí)間有限。為了實(shí)現(xiàn)無限快速調(diào)制，在諧振腔內(nèi)往返時(shí)間段內(nèi)，調(diào)制具有多段分布。（表明存在多縱模）
下圖所示為：
圖1為脈沖相位中能量的存儲(chǔ)及信號(hào)增益。由于熒光效應(yīng)輻射能量的增加，增益曲率降低。
圖2為泵浦相位后，晶體中釹離子激勵(lì)橫向分布。這也反映了泵浦光束的形狀。
圖3為脈沖產(chǎn)生后，釹離子激發(fā)的橫向分布。由于信號(hào)光相比泵浦光能量較小，泵浦光非對(duì)稱分布，部分激勵(lì)仍主要位于右側(cè)。
圖4為輸出功率的變化及脈沖產(chǎn)生過程中的增益。圖中也顯示了脈沖能量、峰值功率等相關(guān)參數(shù)。
圖5為對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸下，輸出功率及增益的變化。可見，初始由自發(fā)輻射產(chǎn)生較低輻射功率，經(jīng)歷數(shù)階放大之后，激光功率呈指數(shù)方式增長(zhǎng)。
Nd-YAG laser, actively Q-switched .cf .fpw包含用戶自定義項(xiàng)，可靈活編輯輸入?yún)⒘俊?/span>
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文件：Nd-YAG laser, actively Q-switched, with beam propagation .fpw
該模型與以上激光器范例相似。不同點(diǎn)在于，未設(shè)定激光束半徑為常量。該范例數(shù)值模擬光束的傳輸。結(jié)論表明，影響增益分布，雖然通常不嚴(yán)重，但已發(fā)生諧振模式耦合。
圖形如下：
圖1為功率與光束半徑隨時(shí)間的變化。在每次往返后自動(dòng)存儲(chǔ)相應(yīng)數(shù)據(jù)。（運(yùn)行其它圖形還需先獲得該圖形）
圖2為脈沖產(chǎn)生后，釹離子激發(fā)的空間分布。
圖3為脈沖產(chǎn)生過程中，光束分布的變化。
若用戶設(shè)置變量L_air（晶體與端面反射鏡）達(dá)25mm，（取代20mm，或30mm），諧振模式耦合占主導(dǎo)，嚴(yán)重改變輸出結(jié)果，影響增益分布。
了解更多說明，詳見網(wǎng)頁(yè)版：http://www.rp-photonics.com/fiberpower_qs_yag_bp.html.
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展開 文件：Passively Q-switched fiber laser .fpw
該模型為光纖激光器被動(dòng)調(diào)Q的模擬范例。該范例相對(duì)棘手。為了獲得合理的增益，需要使泵浦相位具有較長(zhǎng)的時(shí)間范圍，而對(duì)于脈沖的建立，選擇合適的時(shí)間范圍，也需要考慮傳播時(shí)間。因此，步驟如下：
首先需要在簡(jiǎn)化模型中模擬脈沖相位，忽略光反饋效應(yīng)，抑制激光的產(chǎn)生。我們僅用此分析何時(shí)往返增益為正。
然后在此刻再次模擬，光纖初始狀態(tài)為正增益。接下來，需要模擬整個(gè)模型中脈沖產(chǎn)生，并考慮光反饋效應(yīng)。
被動(dòng)調(diào)Q中，采用函數(shù)模擬飽和吸收，并返回當(dāng)前存儲(chǔ)受激能量的反射比。采用先前時(shí)間段內(nèi)的激光功率，存儲(chǔ)能量不斷變化。
該模型可用于很多方面的研究，例如吸收參量的影響（不飽和吸收，飽和能，重復(fù)時(shí)間）。
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文件： Nd-YAG laser, passively Q-switched .fpw
該模型與以上范例相似，但采用Cr:YAG晶體用于被動(dòng)調(diào)Q。可僅采用單光纖作為有源模型，可認(rèn)為是包括Nd3+和Cr4+離子的單光纖，研究整個(gè)諧振長(zhǎng)度內(nèi)的傳輸。這說明，無需采用通常的能級(jí)結(jié)構(gòu)，而是用戶對(duì)雙離子的自定義方式。每一個(gè)離子具有兩個(gè)相關(guān)的電子能級(jí)。（可忽略高能級(jí)，壽命短的能級(jí)。）
圖形如下：
圖1為在一定時(shí)間段內(nèi)，模擬泵浦相位的變化。傳輸持續(xù)不斷的進(jìn)行，直至諧振腔往返增益為正。
圖2為脈沖輻射之前，釹離子激發(fā)的橫向分布。
圖3模擬了脈沖的產(chǎn)生過程。在此，整個(gè)動(dòng)態(tài)模擬需考慮傳輸時(shí)間。該運(yùn)行較慢，需持續(xù)一段時(shí)間。因此，動(dòng)態(tài)模擬也需持續(xù)幾秒鐘。在對(duì)數(shù)坐標(biāo)軸上模擬輸出功率的變化。
圖4為小段時(shí)間范圍內(nèi)輸出功率的變化。
圖5為脈沖產(chǎn)生后，Nd3+和Cr4+離子激發(fā)的橫向分布。
圖6為脈沖重復(fù)率、能量、脈寬與泵浦功率的函數(shù)關(guān)系。可見，高泵浦功率僅增加脈沖重復(fù)頻率，但不改變脈沖固有參量。
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文件：Actively Q-switched fiber laser .fpw
該范例為調(diào)Q光纖激光器中如何模擬脈沖的產(chǎn)生。
采用雙包層光纖激光器，以及雙端泵浦。將部分反射的光纖布拉格光柵置于活性光纖右端，而調(diào)制器位于左端，組成輸出耦合器。
模擬多脈沖的產(chǎn)生，并對(duì)比其中的特性非常有益，定義調(diào)Q中模擬運(yùn)行及終止時(shí)間兩個(gè)函數(shù)也是非常方便的。極易模擬出多個(gè)調(diào)Q周期的生動(dòng)圖形。
文件：Passively Q-switched fiber laser .fpw
該模型為光纖激光器被動(dòng)調(diào)Q的模擬范例。該范例相對(duì)棘手。為了獲得合理的增益，需要使泵浦相位具有較長(zhǎng)的時(shí)間范圍，而對(duì)于脈沖的建立，選擇合適的時(shí)間范圍，也需要考慮傳播時(shí)間。因此，步驟如下：
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然后在此刻再次模擬，光纖初始狀態(tài)為正增益
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文件： Nd-YAG laser, actively Q-switched .fpw ,
Nd-YAG laser, actively Q-switched .cf .fpw
該模型為 RP Fiber Powr軟件模擬體激光器的實(shí)例。隨著激光器內(nèi)晶體被持續(xù)不斷的端面泵浦，通過晶體的光束半徑近似常量。在現(xiàn)有情況下，高斯光束的瑞麗長(zhǎng)度為
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文件：Nd-YAG laser, actively Q-switched, with beam propagation .fpw
該模型與以上激光器范例相似。不同點(diǎn)在于，未設(shè)定激光束半徑為常量。該范例數(shù)值模擬光束的傳輸。結(jié)論表明，影響增益分布，雖然通常不嚴(yán)重，但已發(fā)生諧振模式耦合。
圖形如下：
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文件： Nd-YAG laser, passively Q-switched .fpw
該模型與以上范例相似，但采用Cr:YAG晶體用于被動(dòng)調(diào)Q。可僅采用單光纖作為有源模型，可認(rèn)為是包括Nd3+和Cr4+離子的單光纖，研究整個(gè)諧振長(zhǎng)度內(nèi)的傳輸。這說明，無需采用通常的能級(jí)結(jié)構(gòu)，而是用戶對(duì)雙離子的自定義方式。每一個(gè)離子具有兩個(gè)相關(guān)的電子能級(jí)。
