激光分析軟件的案例
RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器與激光器建模第四部分
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展開 RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器設計第九部分
下一期講解第 10 部分：多級光纖放大器
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下一期講解第 6 部分：用于大功率操作的雙包層光纖
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展開 光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 仿真環形腔光纖激光器模型
今天講講在 RP Fiber Power 里面仿真環形腔光纖激光器。首先，RP Fiber Power 里面有單位的定義和光譜數據的集合文件（根據需求也可以自定義），我們可以直接調用；然后，定義光纖的結構，信道等基本參數和模型的搭建；最后，使用自帶的函數和命令，顯示想要輸出的數值結果和圖形輸出。下圖顯示了環形腔摻Yb光纖激光器的模擬結果。
（1）光纖中不同位置處的功率分布情況
（2）輸出功率隨輸入功率變化情況
（3）不同光纖長度下的功率分布情況
（4）徑向函數圖
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RP 系列 激光分析設計軟件
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RP 系列激光分析設計軟件 | 光束質量
RP 系列激光分析設計軟件
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校準激光器 | RP 系列激光分析設計軟件
</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 當構建紅外 體激光器或光學參量振蕩器時，可見光準直激光器可以極大地幫助找到激光諧振腔的初始近似對準。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 線激光可以指示紡織機將在何處切割織物、鋸將在何處撞擊某塊木頭等。</span></p><p><span style="color: rgb(0, 0, 0);">· 十字激光還可用于指示垂直方向，例如用于切割矩形塊。</span></p><p><br></p><p><strong>輸出功率</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">許多準直激光器具有相對較低的光功率，約為1 mW 或更低，可能屬于最低的激光安全等級1。然而，也可以使用其他裝置來發射更高的功率，例如數百毫瓦。在這種情況下，直接射到人眼的光束必須被視為危險的，并且必須相應地使用激光。</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>激光波長和帶寬</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">許多準直激光器具有紅色輸出，僅僅是因為紅色激光二極管性能良好且價格低廉。但請注意，人眼的靈敏度對于較長的波長會急劇下降。因此，例如，發射 670 nm 的激光的可見度將比發射 635 nm 的激光低得多。兩者都明顯低于綠色激光，例如 532 nm。
展開 光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power仿真脈沖放大器模型
光纖激光器軟件設計
RP Fiber Power仿真脈沖放大器模型
講講脈沖放大器在 RP Fiber Power 中的演示結果。基于初始脈沖的基本性能包括脈寬、重頻等的定義，脈沖傳輸的定義，加上光纖的結構和模型的搭建就可以簡單的模擬脈沖經過光纖放大器傳輸的結果。復雜模型比如考慮多模，多摻雜系統，動態仿真等在此基礎上添加相關參數代碼即可。下圖顯示了拋物線型脈沖作為輸入信號光經過摻Yb光纖激光器之后的結果圖。
（1）時間序列圖
（2）頻域圖
（3）強度分布
（4）光纖中不同位置處脈沖的輸出性能參數變化
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RP 系列 激光分析設計軟件
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下一期將講解第 2 部分：增益和泵吸收
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展開 RP 系列激光分析設計軟件 | 激光器的穩定
無源方案穩定激光
無源方案不涉及電子設備，完全基于光學效應。例如:
同步兩個人的鎖模激光器 有可能通過交叉相位調制在一個克爾介質，其中兩個激光器的腔內 脈沖相遇。
激光器的頻率可以通過穩定的參考腔的光反饋來穩定。 (這也可以被認為是使用擴展的激光諧振器，是一種復合腔)。
通過克爾介質中的交叉相位調制，兩個鎖模激光器的同步成為可能，兩個鎖模激光器的內腔脈沖在克爾介質中相遇。 激光器的光頻也可以通過注入鎖定來穩定，即從另一個激光器注入具有高穩定光頻的光束。
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對于適用于廣泛案例的通用建模軟件，需要相當復雜的算法。
06.放大和生成短脈沖
動態模擬（具有任意時間依賴性的光功率和激發密度）不一定比穩態計算更難完成。例如，可以模擬脈沖放大器和 Q 開關激光器的行為。
07.超短脈沖
超短脈沖傳播涉及額外的物理效應。在這種情況下，需要不同的算法和數據結構。例如，可以模擬光纖放大器中超短脈沖的放大，以及鎖模激光器中所有此類脈沖的產生。
08.使用自制軟件還是商用產品？
需要在自己開發一些模擬軟件和使用商業產品之間做出決定。這兩種方法都有其優點、局限性和風險。該決定應考慮許多重要方面。
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使用合適的模擬軟件，人們可以研究非常廣泛的現象。例如，可以研究彎曲光纖的影響：光耦合到包層中，導致彎曲損耗。請注意，通用光束傳播算法不僅可以研究纖芯中的光，還可以研究包層中的光——基本上具有任意的 3D折射率分布。其他示例是非理想光纖接頭、多芯光纖、錐形光纖和光纖耦合器處的耦合損耗。其中一些應用是在無源光纖領域。
對于通過放大器或激光光纖的傳播，當然需要考慮光纖中的吸收和放大，包括飽和效應。
在簡單的功率傳播就足夠的情況下，不要在數值光束傳播上浪費時間！
一般來說，數值光束傳播的計算工作量遠高于簡單的功率傳播算法，如上文所述，可以應用于具有固定橫向強度分布的情況。此外，很難在激光諧振腔中找到自洽的解決方案（模式）。例如，仿真軟件通常只提供單程傳播，但不提供激光器自洽穩態解的計算。
關于雙包層光纖，我們已經看到數值光束傳播可用于研究某些在簡化模型中會被忽略的泵浦吸收現象，假設泵浦光的強度分布固定（例如，頂帽分布） . 另一方面，數字上的努力變得更加嚴重。因此，在實踐中，必須確定所提到的現象類型是否令人感興趣。如果要研究的主要方面是在不同的領域——例如，與纖芯內的過程相關的現象——可能會決定使用簡化模型，因為泵吸收的模型不是很精確。應該記住，最好的模型不一定是最準確的模型，而是最適合完成工作的模型。
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RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器與激光器建模第八部分
本教程包含以下部分：
1：簡介
2：光通道
3：功率傳播或場傳播
4：激光活性離子
5：放大器和激光器的連續波操作
6：放大和產生短脈沖
7：超短脈沖
8：使用自制軟件還是商業產品？
以下是Paschotta 博士關于光纖放大器和激光器建模教程的第 8 部分。
第 8 部分：使用自制軟件還是商業產品？
我們已經看到，擁有合適的仿真軟件對于任何建模練習的成功都至關重要，尤其是對于涉及光纖放大器和光纖激光器的情況。剩下的問題是應該嘗試構建自己的軟件還是使用商業產品。
人們可以只考慮那些可以合理預期會產生所需結果的選項。
在制作自己的軟件時，原則上您可以做任何需要做的事情；問題只是你的專業知識和你可以花費的時間是否足以到達那里。
你怎么知道商業軟件適合這項工作？
在購買用戶許可證之前通常很難確定產品是否適合該工作。許多商業軟件產品的廣告都帶有一些大膽的聲明和漂亮的圖形，但并不能告訴你太多。他們可能會為您提供試用版，但以這種方式識別軟件的限制可能相當耗時。
我們采用不同的方法：在我們的網站上免費提供非常全面的材料。這包括對軟件產品的精心編寫的描述，還包括大量案例研究和教程，例如這個。此外，我們會認真、誠實地回答人們在考慮購買許可證時可能遇到的任何問題。如果有濃厚的興趣，我還提供在線演示。這種方法省時；它允許您在短時間內確定軟件對特定工作的適用性。
我們的產品 RP Fiber Power 非常靈活，適用于非常廣泛的情況，有時由于當前的軟件限制達或其他原因不到需求必須我們也會告知，或者告知不實用。
軟件總是可能包含錯誤
你不確定軟件是否有錯誤。仔細的驗證程序至少可以將這種風險降到最低。如果您在該領域做得很好，您可能會特別確定您自己的軟件的結果是正確的，然后您當然也可以更徹底地測試其他軟件。
展開 RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器與激光器建模第一部分
即使使用好的建模軟件，您當然也需要在一定程度上了解所涉及的物理特性。但是，您經常會發現您必須處理的結構并沒有那么復雜。相比之下，在實驗室中處理生活的所有復雜性可能非常具有挑戰性。
所涉及的數學可能很困難，但您可以將其留給軟件開發人員。
為了獲得我們在放大器和激光器設計中通常需要的定量答案，我們需要包含大量數學的定量模型。事實證明，求解某些看起來相對單純的微分方程可能非常困難，需要復雜的算法。但是，如果您使用制作精良的軟件工具，則不必處理此類細節。相反，您只需要以某種方式為軟件提供相關輸入并將其配置為計算所需的輸出并正確顯示它們。只有軟件開發人員在所涉及的數學方面遇到了所有麻煩。
沒有任何型號就不可能開發激光器或放大器！
順便說一句，在沒有任何模型的情況下，也就是在沒有這種設備的某種心理表征的情況下，開發諸如光纖激光器和放大器之類的事情是完全不可能的。至少，您需要一些關于這些設備的功能以及如何改進它們的想法。然而，這種心智模型可能還不夠。原因之一是它們無法為您提供可靠的定量結果。
您如何從模型中受益？
無論您是在工業界工作還是科學研究人員，您都需要產生結果：例如，
? 讓某個光纖放大器正常工作，或
? 提高對某些設備的理解是過程。
這是模型可以非常支持您的工作的地方。但是，您應該始終牢記，模型應該用作產生結果的工具，而不是您的工作目的。
一開始，明確提出你的問題和目標！這可能需要一些紀律，但這是非常值得的。
強烈建議您在投入大量時間或金錢進行建模之前，清楚地制定您想要解決的所有問題以及您想要達到的目標。例如，您的列表可能如下所示：
? 如果我得到某種光纖，期望我可以用它來達到某種性能水平（例如，某種波長的信號輸出功率）是否現實？
? 如果是，在什么情況下可能？
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本教程包含以下部分：
1：簡介
2：光通道
3：功率傳播或場傳播
4：激光活性離子
5：放大器和激光器的連續波操作
6：放大和產生短脈沖
7：超短脈沖
8：使用自制軟件還是商業產品？
以下是Paschotta 博士關于光纖放大器和激光器建模教程的第 6 部分。
第 6 部分：放大器和激光器的連續波操作
在本教程的前一部分中，我們假設所有通道的輸入功率恒定。現在，我們將考慮動態模擬，其中所有輸入功率都可能與時間相關。畢竟，光纖放大器和激光器通常使用光脈沖和/或脈沖泵浦源進行操作。
只要我們不進入超短脈沖領域，我們將在下一節中討論，通?？梢詫λ褂玫姆匠毯蛿抵捣椒ㄟM行簡單的推廣：
? 任何輸入功率（例如泵浦和信號光束的）可能是時間相關的。RP Fiber Power是一款靈活的軟件，可以處理任意給定函數或所有通道隨時間變化的輸入功率的列表值。
? 增益或損失值gj(z)的計算不能僅基于強度，而需要考慮動態飽和效應。換句話說，增益值不僅僅取決于當前的光強度，還取決于它們在不久的過去的值。本質上，軟件需要為激光活性離子的激發引入額外的動力學變量。它們的時間演化是通過對速率方程進行數值積分來計算的，我們在第 4 節中已經討論過。這原則上并不困難，即使對于涉及非線性項的速率方程也是如此。
例如，光纖放大器可以首先被泵浦一段時間，然后注入短信號脈沖（例如高斯或超高斯時間形狀）。在泵送階段，（尚未相關的）信號增益穩步上升。當信號脈沖被注入時，它最初會從高增益中獲利，但隨后會迅速使該增益飽和。結果，脈沖的其他部分將經歷降低的增益并獲得相應的較低輸出功率。這可能導致時間脈沖形狀的顯著失真。圖 1 顯示了一個數值示例，取自詳細的案例研究。
圖 1： 具有脈沖泵浦和信號的摻鐿光纖放大器的輸出功率和鐿激發與時間的關系。
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2：光通道
3：功率傳播或場傳播
4：激光活性離子
5：放大器和激光器的連續波操作
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7：超短脈沖
8：使用自制軟件還是商業產品？
以下是Paschotta 博士關于光纖放大器和激光器建模教程的第 2 部分。
第 2 部分：光通道
在光纖放大器或光纖激光器的定量模型中，我們需要以某種方式描述在光纖中傳播的光。具體應該如何做，很大程度上取決于具體情況。
在大多數情況下，我們處理的是不同波長的不同光波——例如，泵浦波和信號波。在更復雜的情況下，我們可能有多個泵浦和信號波，也可能有來自放大自發發射(ASE) 的光（請參閱我們的光纖放大器教程的第 4 節）。
盡管原則上可以將整個光場描述為一個整體，但區分一些我們稱之為光通道的數量通常是非常明智的。在放大器模型中，我們可能有
? 一個或多個泵通道，
? 一個或多個信號通道，
? 通常在 10 到 100 個 ASE 通道之間。
我們將 ASE 光分成具有不同波長的多個通道，通常使用等距的波長值。每個 ASE 通道代表一些窄波長區域，其中光子能量和躍遷橫截面等屬性近似恒定。當然，在某些情況下 ASE 可以完全忽略——例如，當放大器增益太低而 ASE 不重要并且人們對那個低電平 ASE 不感興趣時。
泵和信號通道通常被認為是單色的。對于這些，通常不考慮自發輻射。在寬帶信號的情況下，當然可以再次使用具有不同波長的通道陣列。
圖 1： 摻鉺光纖放大器模型中的光通道。
例如，圖 1 顯示了為一個簡單的摻鉺光纖放大器模型選擇的光通道。ASE 通道的波長范圍為 1520 nm 至 1600 nm，間距為 5 nm。
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