摻釔光纖激光器的案例
RP Fiber Power 摻釔光纖激光器
摻釔光纖激光器
文件：Yb fiber laser .fpw 及 Yb fiber laser .cf .fpw
(對(duì)應(yīng)表格操作文件Yb fiber laser . fpi)
該范例為摻釔光纖激光器的簡(jiǎn)單模型。泵浦與信號(hào)光均在單模光纖內(nèi)傳輸。
腳本程序中，通過(guò)插入對(duì)象函數(shù)set_R()，將放大器模型轉(zhuǎn)換為激光器模型。設(shè)定光纖左端面對(duì)信號(hào)光（激光）全反射（光纖布拉格光柵效應(yīng)），輸出光纖端面具有4%的反射率（裸纖端面的菲涅爾反射效應(yīng)）。
在模型中需簡(jiǎn)單定義激光波長(zhǎng)。若無(wú)定義波長(zhǎng)的光學(xué)組件，激光器通常輸出增益更大的工作波長(zhǎng)。這是一個(gè)非常復(fù)雜的范例，可自動(dòng)計(jì)算激光輸出波長(zhǎng)。
Yb fiber laser .cf .fpw 包含用戶(hù)自定義項(xiàng)，可靈活編輯輸入?yún)⒘俊?/span>
展開(kāi) RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻釔光纖激光器
該范例為摻釔光纖激光器的簡(jiǎn)單模型。泵浦與信號(hào)光均在單模光纖內(nèi)傳輸。
腳本程序中，通過(guò)插入對(duì)象函數(shù)set＿R（），將放大器模型轉(zhuǎn)換為激光器模型。設(shè)定光纖左端面對(duì)信號(hào)光（激光）全反射（光纖布拉格光柵效應(yīng)），輸出光纖端面具有4％的反射率（裸纖端面的菲涅爾反射效應(yīng)）。
在模型中需簡(jiǎn)單定義激光波長(zhǎng)。若無(wú)定義波長(zhǎng)的光學(xué)組件，激光器通常輸出增益更大的工作波長(zhǎng)。這是一個(gè)非常復(fù)雜的范例，可自動(dòng)計(jì)算激光輸出波長(zhǎng)。
Yb fiber laser ．cf ．fpw 包含用戶(hù)自定義項(xiàng)，可靈活編輯輸入?yún)⒘俊?/span>
展開(kāi) 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻釔光纖激光器，自動(dòng)解算輸出波長(zhǎng)
該范例為摻釔光纖激光器模型,可自動(dòng)計(jì)算激光器輸出波長(zhǎng)。因此,需定義多個(gè)信道,波長(zhǎng)間隔為5nm,軟件將分析給定條件下哪個(gè)信道輻射激光。(兩個(gè)信道具有相似增益的情況下將出現(xiàn)問(wèn)題)
腳本程序設(shè)定了laser_wavelength()用戶(hù)自定義函數(shù),分析輻射信道,通常此信道具有較高的輸出功率。
圖3中可新奇的觀察到光纖長(zhǎng)度的變化。對(duì)每一點(diǎn)需重新計(jì)算激光器波長(zhǎng),確實(shí)發(fā)生了變化。對(duì)于短光纖,975nm處出現(xiàn)激光輻射,發(fā)射截面較大。然而,對(duì)于長(zhǎng)光纖,激光波長(zhǎng)突然跳轉(zhuǎn)至1030nm,發(fā)射長(zhǎng)波長(zhǎng)激光,這主要由于975nm的激光的二次吸收(此處具有較高的吸收截面)。這一特性為三能級(jí)激光系統(tǒng)的顯著特征。
展開(kāi) RP Fiber Power 摻釔光纖激光器，自動(dòng)解算輸出波長(zhǎng)
文件：Yb fiber laser , automatic lambda .fpw
該范例為摻釔光纖激光器模型，可自動(dòng)計(jì)算激光器輸出波長(zhǎng)。因此，需定義多個(gè)信道，波長(zhǎng)間隔為5nm，軟件將分析給定條件下哪個(gè)信道輻射激光。（兩個(gè)信道具有相似增益的情況下將出現(xiàn)問(wèn)題）
腳本程序設(shè)定了laser_wavelength()用戶(hù)自定義函數(shù)，分析輻射信道，通常此信道具有較高的輸出功率。
圖3中可新奇的觀察到光纖長(zhǎng)度的變化。對(duì)每一點(diǎn)需重新計(jì)算激光器波長(zhǎng)，確實(shí)發(fā)生了變化。對(duì)于短光纖，975nm處出現(xiàn)激光輻射，發(fā)射截面較大。然而，對(duì)于長(zhǎng)光纖，激光波長(zhǎng)突然跳轉(zhuǎn)至1030nm，發(fā)射長(zhǎng)波長(zhǎng)激光，這主要由于975nm的激光的二次吸收（此處具有較高的吸收截面）。這一特性為三能級(jí)激光系統(tǒng)的顯著特征。
展開(kāi) 
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—鉺釔共摻光纖激光器
該模型為短腔鉺釔共摻光纖激光器,975nm泵浦光束激發(fā)鉺離子與釔離子。鉺離子的激活能量轉(zhuǎn)移至鉺離子。
此類(lèi)激光器也可在無(wú)釔離子情況下運(yùn)行,可通過(guò)設(shè)置釔離子的濃度為0即可。然而,此時(shí)泵浦吸收非常有限,導(dǎo)致輸出功率較低。(由于光纖長(zhǎng)度短,摻雜濃度有限所致)隨著鉺離子的摻雜,能量吸收更充分,激光轉(zhuǎn)換效率極大增加。然而,在高泵浦功率下,能量轉(zhuǎn)移效率達(dá)到極限,限制了輸出功率。
RP Fiber Power 鉺釔共摻光纖激光器
文件：Er-Yb fiber laser .fpw
該模型為短腔鉺釔共摻光纖激光器，975nm泵浦光束激發(fā)鉺離子與釔離子。鉺離子的激活能量轉(zhuǎn)移至鉺離子。
此類(lèi)激光器也可在無(wú)釔離子情況下運(yùn)行，可通過(guò)設(shè)置釔離子的濃度為0即可。然而，此時(shí)泵浦吸收非常有限，導(dǎo)致輸出功率較低。（由于光纖長(zhǎng)度短，摻雜濃度有限所致）隨著鉺離子的摻雜，能量吸收更充分，激光轉(zhuǎn)換效率極大增加。然而，在高泵浦功率下，能量轉(zhuǎn)移效率達(dá)到極限，限制了輸出功率。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻釔光纖放大器
（備注：若采用無(wú)源光纖，則該文件及以下案例文件將無(wú)法運(yùn)行。）
該程序有助于學(xué)習(xí)軟件基礎(chǔ)操作。設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的摻釔光纖放大器。
泵浦光與信號(hào)光均在單模光纖內(nèi)傳輸。每列波象征一個(gè)光通道。腳本程序定義了高斯分布及給定半徑下的模式分布。
在此模型中，未考慮放大的自發(fā)輻射。因此，若降低輸入光功率，單通道增益較高，模式失效。
腳本程序可繪制以下圖形：
光功率與光纖位置的關(guān)系曲線。
信號(hào)輸出功率與泵浦功率，或信號(hào)輸入功率，或光纖長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系。
橫向與徑向分布取決于摻雜與強(qiáng)度分布。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻銩上轉(zhuǎn)換光纖激光器
該模型表明,RP Fiber Power軟件如何對(duì)含有復(fù)雜能級(jí)結(jié)構(gòu)的激光器或放大器進(jìn)行設(shè)計(jì)。
設(shè)定光纖激光器具有以下特性:
光纖為氟鋯酸鹽玻璃,摻雜銩離子。由于ZBLAN玻璃的低聲子能量,3H4和3F2為亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)。(未被多聲子躍遷所猝滅)
銩離子在吸收3個(gè)1140nm泵浦聲子后被激發(fā)至高電子能級(jí)。由高能級(jí)受激輻射至基態(tài),并產(chǎn)生480nm的藍(lán)光。
光纖左端面為全反射鏡,右端面為反射率為60%的輸出耦合鏡。
模型所采用的光譜數(shù)據(jù)源于文獻(xiàn):“R． Paschotta et al．, Characterization and modeling of thulium:ZBLAN blue upconversion fiber lasers”, J． Opt． Soc． Am． B 14 (5), 1213 (1997)．
展開(kāi) RP Fiber Power 摻釔光纖放大器
文件：Yb amplifier, simple model .fpw
(對(duì)應(yīng)表格操作文件Yb amplifier, simple model .fpi)
(備注：若采用無(wú)源光纖，則該文件及以下案例文件將無(wú)法運(yùn)行。)
該程序有助于學(xué)習(xí)軟件基礎(chǔ)操作。設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的摻釔光纖放大器。
泵浦光與信號(hào)光均在單模光纖內(nèi)傳輸。每列波象征一個(gè)光通道。腳本程序定義了高斯分布及給定半徑下的模式分布。
在此模型中，未考慮放大的自發(fā)輻射。因此，若降低輸入光功率，單通道增益較高，模式失效。
腳本程序可繪制以下圖形：
光功率與光纖位置的關(guān)系曲線。
信號(hào)輸出功率與泵浦功率，或信號(hào)輸入功率，或光纖長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系。
橫向與徑向分布取決于摻雜與強(qiáng)度分布。
微信公眾號(hào)：武漢墨光
展開(kāi) RP Fiber Power 摻釔光纖放大器模式分布的計(jì)算
因?yàn)?em>光纖僅存在單模，故本范例僅有此模式。
微信公眾號(hào)：武漢墨光
RP Fiber Power 摻釔光纖放大器中的拋物脈沖
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文件：Parabolic pulses in Yb amplifier .fpw
Parabolic pulses in Yb amplifier .cf .fpw
(對(duì)應(yīng)表格操作文件Parabolic pulses in Yb amplifier .fpi)
該范例為摻釔光纖放大器中超短脈沖的放大。光纖為正常色散模式。
選擇非啁啾高斯脈沖為初始脈沖。在光纖內(nèi)傳播中，脈沖呈現(xiàn)上轉(zhuǎn)換，帶寬增加，脈沖寬度增加。脈沖大致呈拋物線型。這是parabolic pulses的由來(lái)。脈沖近似相同（帶寬增加較小時(shí)，脈沖形狀不變），但由于增益帶寬有限，非穩(wěn)定放大增益，脈沖存在偏差（主要由于增益飽和）。
需要考慮非線性效應(yīng)產(chǎn)生的受激拉曼散射，不深究各參量的影響。
圖形如下所示：
圖1為時(shí)域脈沖圖形。
圖2為頻域脈沖圖形。
圖3為脈沖能量、增益帶寬、脈寬與傳輸位置關(guān)系。
圖4為峰值功率、脈沖寬度受色散補(bǔ)償?shù)挠绊?，取決于二階色散。這也表明，采用色散補(bǔ)償器，可將色散補(bǔ)償至四階。
Parabolic pulses in Yb amplifier .cf .fpw包含用戶(hù)自定義項(xiàng)，可靈活編輯輸入?yún)⒘俊?(更多精彩技術(shù)案例，請(qǐng)關(guān)注“武漢墨光”微信公眾號(hào))
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RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—多信號(hào)摻鉺光纖放大器
多個(gè)等間隔信號(hào)入射至摻鉺光纖放大器。各信號(hào)具有不同的增益值及輸出功率。同時(shí),圖2為噪聲指數(shù)。對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng),重吸收效應(yīng)較弱,噪聲指數(shù)較低。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻鉺光纖放大器的淬滅效應(yīng)
該范例與自發(fā)輻射放大的摻鉺放大器的腳本程序相似,對(duì)于鉺離子采用了更復(fù)雜的模型,并包括上轉(zhuǎn)換效應(yīng)。激光上能級(jí)離子躍變相互作用,其中一個(gè)離子躍遷至基態(tài),而另外一個(gè)離子躍遷至高能態(tài),瞬間返回至初始能級(jí)。實(shí)際上,破壞一個(gè)激發(fā)躍遷,整個(gè)光放大也會(huì)稍微減少。
RP Fiber Power 摻釔光纖放大器中受激拉曼散射
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文件：Stimulated Raman scattering in Yb amplifier .fpw
該范例為摻釔放大器中超短脈沖的放大。由于光纖中非線性效應(yīng)較強(qiáng)，受激拉曼散射明顯：光纖端面處，大部分光能量因拉曼效應(yīng)移至低頻（長(zhǎng)波）。
圖形如下所示：
圖1為泵浦功率的變化。
圖2為時(shí)域脈沖圖形。
圖3為頻域脈沖圖形。
圖4為脈沖的光譜圖。
圖5為光纖內(nèi)光譜的變化圖形。
圖6為各脈沖參量與傳輸位置關(guān)系。
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RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設(shè)計(jì)軟件—摻鍺光纖的模式特性
該程序是用于計(jì)算光纖模式特性較為復(fù)雜的案例。采用摻鍺的多模光纖,一定鍺濃度下超高斯橫向分布。纖芯折射率位于硅與鍺之間,取決于鍺含量。硅與鍺的折射率可由Sellmeier定理計(jì)算,與波長(zhǎng)有關(guān),需要進(jìn)行色散計(jì)算。模式求解方法(2．5節(jié))提供了相關(guān)函數(shù),可計(jì)算所有模式的有效折射率、群折射率、群速度色散等。
