光纖通信器件的案例
基于啁啾光纖光柵實現(xiàn)對光纖通信系統(tǒng)的色散補償
1、設(shè)計需求
本案例是基于啁啾光纖光柵實現(xiàn)對光纖通信系統(tǒng)的色散補償，構(gòu)建了后置色散補償系統(tǒng)、前置色散補償系統(tǒng)和混合色散補償系統(tǒng)。基于OptiSystem仿真軟件實現(xiàn)了三種不同結(jié)構(gòu)的基于啁啾光纖光柵色散補償?shù)?em>光纖通信系統(tǒng)，通過眼圖評估系統(tǒng)通信性能。
2、系統(tǒng)設(shè)計
仿真系統(tǒng)調(diào)制格式采用NRZ碼型，激光頻率為193.1 THz，傳輸鏈路采用單模光纖傳輸鏈路，利用啁啾光纖光柵進行色散色度補償，同時利用EDFA光放大器實現(xiàn)損耗補償。最后信號在接收模塊進行信號解調(diào)與分析。模塊中的Loop Control器件控制鏈路傳輸次數(shù)，其中，SMF的色散系數(shù)為16 ps/nm·km，色散斜率系數(shù)為0.08 ps/nm2·km，衰減量為0.2 dB/km，單程中SMF長度為80 km。光纖傳輸系統(tǒng)總共傳輸320 km。
2.1后置色散補償系統(tǒng)
圖示為后置色散補償系統(tǒng)，啁啾光纖光柵置于單模光纖后，對信號傳輸過程中產(chǎn)生的色散進行補償。在未進行色散補償?shù)那闆r下，即將光路中的啁啾光纖光柵去除，此時接收端的信號眼圖如圖所示，可以看到眼圖混亂，誤碼率為1。當采用啁啾光纖光柵時，色散量設(shè)置為-1280 ps/nm·km，在10Gbit/s傳輸速率的情況下接收端的信號眼圖如圖所示，可以看到誤碼率為6.05e-20，Q因子為9.03，眼圖張開度好，信號質(zhì)量佳。
2.2前置色散補償系統(tǒng)
圖示為前置色散補償系統(tǒng)，啁啾光纖光柵置于單模光纖前，對信號傳輸過程中產(chǎn)生的色散進行預(yù)補償。
2.3混合色散補償系統(tǒng)
圖示為混合色散補償系統(tǒng)，兩個啁啾光纖光柵分別置于單模光纖前部和后部，對信號分別進行預(yù)補償和產(chǎn)生色散后的補償。該方案結(jié)合了后置色散補償方式和前置色散補償方式的特點。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——菜單
Change location of fiber data folder：光譜數(shù)據(jù)（也可能是光纖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)）存儲在某個文件夾中的.inc文件中。在這里，您可以打開該文件夾或為該文件夾選擇其他位置。（如果您對原始文件夾沒有足夠的訪問權(quán)限，則可能需要后者。）如果創(chuàng)建新文件夾，系統(tǒng)將詢問您是否要將舊文件夾內(nèi)容復(fù)制到新位置。另見第3節(jié)。
所有選項設(shè)置都存儲在Windows注冊表中。
幫助菜單
Contents：顯示幫助文件的內(nèi)容部分
Index：顯示幫助索引
User interface：顯示用戶界面幫助
Arithmetics：顯示軟件算術(shù)功能的幫助，與使用腳本語言有關(guān)
Word at cursor：顯示與光標位置的關(guān)鍵詞相關(guān)的幫助
Display the PDF manual：打開 PDF 手冊，您可以打印出來。
Visit the RP Photonics website：使用默認瀏覽器顯示該網(wǎng)站。
Check for updates：檢查 RP Photonics 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上是否有可用的更新或升級。您可以確定軟件是否定期出現(xiàn)該窗口，以提醒您檢查更新。
Check for license expiry（僅限臨時許可證）：顯示當前軟件許可證的到期時間。
Technical support：提供有關(guān)技術(shù)支持的信息。
About：打開 About 窗口，顯示有關(guān)軟件版本和用戶許可證的信息。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件---簡介
無源和有源光纖器件的終極工具
RP Fiber Power是一款功能強大的建模軟件，用于設(shè)計和優(yōu)化光纖器件 - 特別是光纖放大器和激光器以及其他類型的波導(dǎo)激光器，還有光纖耦合器，多芯光纖，螺旋芯光纖和錐形光纖。
該軟件提供有效的傳播和數(shù)值光束傳播。還可以研究超短脈沖傳播，例如在光纖放大器系統(tǒng)，鎖模光纖激光器，電信電纜和自動優(yōu)化的脈沖壓縮器中。
RP Fiber Power是為高級用戶提供的多功能工具，但同時（特別是自定義表格的V6以來）也非常適合那些沒有（或尚未）進入該領(lǐng)域?qū)＜业挠脩簟?對于任何認真對待光纖器件的人來說，這都是必須的 - 無論是在工業(yè)發(fā)展，科學(xué)研究還是教育方面。 其用戶界面結(jié)合了極大的靈活性和簡單的啟動。 因此，它同樣適用于高效的例行檢查和大多數(shù)復(fù)雜的模擬工作。
RP Fiber Power V7新功能
這個版本有幾個重大改進：
現(xiàn)在有一個功能強大的腳本調(diào)試器，可以更容易地找到并修復(fù)復(fù)雜腳本中的錯誤。 有了它，您可以通過命令執(zhí)行腳本命令。 在數(shù)學(xué)表達式中甚至可以進行調(diào)試！ 因此，在腳本中查找和修復(fù)錯誤變得更加容易。
新腳本編輯器支持有用的功能，如行號顯示，語法突出顯示和多級撤消/重做功能。
有一個方便的語法檢查器：在執(zhí)行可能耗時的腳本之前找到語法錯誤。
您還可以自動重新格式化代碼以獲得一致的格式。
特別是那些開發(fā)復(fù)雜模擬的用戶，這是個好消息！
RP Fiber Power V6已經(jīng)引入了進一步改進的用戶界面：可以在腳本中定義自定義表單。 這可能非常有用：
此類表格可用于軟件適用的模擬 - 根據(jù)您的需求量身定制。
它們非常易于使用。 只需填寫輸入字段并執(zhí)行即可查看輸出值以及創(chuàng)建的圖形圖表。
您可以自己制作此類表格，也可以在技術(shù)支持范圍內(nèi)制作。 （自定義表單在腳本中以文本形式非常簡單地定義。）
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——調(diào)試器
lFibers：這顯示了腳本定義的所有光纖模型，包括它們的詳細信息，如相應(yīng)的光纖信道。
lBeam propagation：顯示所有光束傳播設(shè)備及其光信道。
在下面部分，您可以看到“expression to evaluate”欄。在這里，您可以輸入任何表達式（或用逗號分隔的表達式列表），以獲得變量或陣列分量值或從中計算出的值、光纖中的光功率或計算出的光脈沖的屬性。
您可以在調(diào)試腳本時保持該檢查窗口處于打開狀態(tài)。每次遇到斷點或腳本執(zhí)行完成時，都會自動更新檢查表單。您可以通過按表單右上角附近的“Update”按鈕在其他時間更新內(nèi)容。
調(diào)試表達式
該軟件具有強大的表達式引擎。這樣，即使在數(shù)學(xué)表達式的層次上，也可以做相當復(fù)雜的事情，例如，在執(zhí)行單個命令（例如，將表達式值賦給變量）的過程中。因此，即使在表達式中也常常需要進行調(diào)試。
您可以在表達式中設(shè)置斷點，而不是使用“@”字符，例如命令級別上的斷點，而是通過插入對函數(shù)debug()的調(diào)用來設(shè)置斷點。該函數(shù)只有一個字符串參數(shù)。如果它不是空字符串，則表示此時要進入表達式調(diào)試模式；傳遞的字符串將在調(diào)試窗口中顯示為消息，幫助您了解當前正在查看的代碼。如果使用空字符串參數(shù)調(diào)用函數(shù)，則表達式調(diào)試模式將結(jié)束，即通常在調(diào)用后恢復(fù)表達式的計算。一旦到達包含debug()調(diào)用的塊的末尾，調(diào)試模式也將結(jié)束。
使用debug()函數(shù)而不是簡單的斷點符號（例如“@”）的概念為您提供了更多的靈活性。特別是，只有滿足某個條件時才可以調(diào)用函數(shù)，這樣實際上就有了一個條件斷點。您還可以使用計算的消息字符串，更好地通知您當前的狀態(tài)。
展開 
RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件---特征
例如，它可以通過光纖放大器放大期間的增益飽和來模擬光脈沖的失真（見圖）。 它還可以模擬Q開關(guān)光纖激光器甚至固體激光器中的脈沖生成。 動態(tài)模擬既可以僅傳播光功率，也可以傳播全光束分布。
所有這一切都可以通過極大的靈活性來完成。 例如，您可以自由定義泵浦功率和輸入信號波的時間依賴性，并根據(jù)需要說明結(jié)果：顯示值在脈沖內(nèi)如何演變，顯示脈沖參數(shù)如何針對多個脈沖演變等。
超短脈沖傳播
該軟件可以模擬無源和有源光纖器件中超短脈沖的傳播，也可以模擬其他組件，如光譜濾波器、手動或自動優(yōu)化的色散壓縮器、棱鏡對和光柵對、調(diào)制器和可飽和吸收器。因此，不僅可以模擬光纖放大器中的單通放大或電信光纖電纜中的數(shù)據(jù)傳輸，還可以模擬鎖模光纖激光器、啁啾脈沖放大器系統(tǒng)、再生放大器和光纖干涉儀中的脈沖演變。交互式脈沖顯示窗口允許人們方便地檢查脈沖的所有細節(jié)。
在任意色散（可以從模式求解器獲得）、克爾非線性、受激拉曼散射（SRS）和放大器增益（包括增益飽和）的影響下，時間和頻譜脈沖特性可以在光纖中演化。可以包括自陡峭；甚至可以模擬超連續(xù)譜的產(chǎn)生。具有自動步長控制的精確數(shù)值算法確保了高精度和高速度。
光纖數(shù)據(jù)
RP Fiber Power附帶大量光纖數(shù)據(jù)集，包含摻雜有釔、鉺、銩等的各種激光活性玻璃的光譜數(shù)據(jù)，以及部分波導(dǎo)參數(shù)。 一些數(shù)據(jù)集包含來自科學(xué)文獻的數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)集來自與RP Photonics合作的光纖制造商。 此外，您可以輕松地將任何自己的光纖數(shù)據(jù)集成到軟件中。
您還可以使用技術(shù)支持來獲取由用戶或制造商提供的數(shù)據(jù)制作的其他光纖數(shù)據(jù)文件。
用于體激光器和放大器
你甚至可以使用RP Fiber Power ，即使是固體激光器，只要光束半徑在激光晶體內(nèi)近似恒定。這一條件適用于許多端泵浦激光器。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——光譜數(shù)據(jù)
軟件需要一些有關(guān)光纖的數(shù)據(jù)。在本文中，僅描述了這些數(shù)據(jù)存儲在何處以及隨軟件提供哪些數(shù)據(jù)。
建議始終將定義光譜數(shù)據(jù)的命令和數(shù)據(jù)存儲在include文件中，因為這樣可以方便地在其他腳本中使用它們，也可以方便地在不同光纖類型的數(shù)據(jù)之間切換。但是，原則上，您可以在任何腳本中進行這樣的定義。
通常，此類include文件的名稱以“Yb－”開頭，例如（指示鐿為激光活性離子）擴展名．in c，并存儲在名為“Spectroscopic data”的文件夾中，該文件夾是包含RP Fiber Power程序文件的文件夾的子文件夾（例如，“C：Program FilesRP SoftwareRP Fiber PowerSpectroscopic data”）。但是，您可能希望在其他位置（例如，某些用戶文件夾）使用該文件夾的副本。原因可能是Windows 7只允許管理員對“Program Files”的子文件夾進行寫訪問，因此添加數(shù)據(jù)文件時可能會遇到困難。
軟件提供以下通用材料數(shù)據(jù)文件：
·Yb－germanosilicate．inc：摻鐿鍺硅酸鹽光纖的數(shù)據(jù)，由Paschotta博士記錄，發(fā)表在 R． Paschotta et al．， “Ytterbium－doped fiber amplifiers”， IEEE J． Quantum Electron． 33 （7）， 1049 （1997）
·ErYb－phosphate．inc：摻鉺和摻鐿磷酸鹽玻璃的數(shù)據(jù)，取自G． C． Valley， “Modeling cladding－pumped Er／Yb fiber amplifiers”， Optical Fiber Technol． 7， 21 （2001）； the data were partly taken from S．
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——脈沖顯示窗口
例如，如果這是最后一個應(yīng)用的光學(xué)元件，則可能是光纖輸出端的脈沖。
·“Stored pulse”：在此模式下，您可以顯示先前用函數(shù)store_pulse()存儲的脈沖。
·“Position in the fiber”：在這種模式下，光纖中某個位置的脈沖，從最后一個脈沖通過光纖傳播獲得，顯示出來。然后，控制欄允許您選擇光纖中的任何網(wǎng)格位置。您可以使用按鈕跳到某些位置：I<<=光纖左側(cè)，<<=光纖左端的一個位置，I=光纖中間，等等。
上部分圖顯示了脈沖在時域中的一個特性，下部分圖顯示在頻域或波長域中的特性。（可以使用“wavelength axis”復(fù)選框在頻率軸和波長軸之間切換。）
對于每個域，可以選擇應(yīng)顯示哪個屬性。在時域中，有以下可用屬性：
·光功率
·場振幅（復(fù)振幅模量）
·電場（除非磁場振蕩太快以至于無法顯示；在這種情況下，顯示振幅）
·相位（在–π到+π范圍內(nèi)）（與功率一起顯示）
·連續(xù)相位
·delta f：瞬時頻率與中心頻率的偏差（與功率一起顯示）
·delta l：類似于delta f，但是波長方面
·AC_I：強度自相關(guān)
·AC_I_dB：強度自相關(guān)以分貝為單位
·AC_E：干涉自相關(guān)
在頻域中，以下屬性可用：
·能量（更準確地說，能量密度，單位為pJ/THz或pJ/nm）
·1 THz或1 nm的能量（單位：dBm）
·光譜振幅
·光譜相位（在–π到+π范圍內(nèi)）（與能量一起顯示）
·連續(xù)相位
·群延遲（與能量一起顯示）
其他可能的設(shè)置包括：
·“centered”復(fù)選框：將脈沖軌跡置于時域的中心。
·Auto scale：自動設(shè)置時域或頻域圖表的水平和垂直比例尺。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——用戶界面1
這樣的腳本文件包含某些命令，例如用于定義有源光纖的物理屬性和圖形輸出的詳細信息。
在任何輸入模式下，可通過按F8鍵“執(zhí)行”計算，這將導(dǎo)致菜單項 Execute | Graphics。具體來說，執(zhí)行意味著：
讀取整個腳本文件。大多數(shù)包含的命令都是直接執(zhí)行的，但是那些用于生成圖形的命令目前只存儲相應(yīng)的細節(jié)。
一旦整個腳本被成功讀取，腳本中定義的任何圖形都將在一個或多個單獨的圖形窗口中生成，除非它們被腳本中的某些命令或執(zhí)行F9抑制了（在菜單中：Execute | Calculate (no graphics)）。
如果出現(xiàn)任何錯誤，它們將顯示在日志區(qū)域。
也可以使用主表單頂部附近的任務(wù)欄中的“執(zhí)行”按鈕；它包括圖表的生成，除非在按下按鈕時按下了 SHIFT 鍵。
在某些情況下，腳本執(zhí)行需要大量時間。然后可以在執(zhí)行期間進行干預(yù)：
您可以通過按 Ctrl-Q 或工具欄中的停止按鈕中止執(zhí)行（僅在執(zhí)行期間發(fā)生，否則會找到執(zhí)行按鈕）這樣，您將返回到編輯模式；此后將無法恢復(fù)執(zhí)行。
或者，可以使用 Ctrl-B 中斷執(zhí)行以進入調(diào)試模式。然后您可以繼續(xù)執(zhí)行。由于程序首先需要完成當前命令的執(zhí)行，因此它對該鍵組合的反應(yīng)可能會更慢。
還有組合鍵 Ctrl-Alt-B 用于在表達式中中斷，但這僅在代碼中使用某個函數(shù)調(diào)用時有效。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——腳本編輯器
對于編輯腳本代碼和其他文本文件，該軟件包含功能強大的多文件編輯器。在左上方區(qū)域中，它有一個用于一個或多個編輯器的選項卡控件。
您可以使用以下快捷鍵：
Ctrl-C, Ctrl-V, Ctrl-X：使用Windows剪貼板復(fù)制、粘貼、剪切操作
Ctrl-Z, Ctrl-Y：撤消，重做上一個操作
Ctrl-T：刪除光標位置的單詞
Ctrl-L：刪除光標位置的行
Ctrl-F：查找一些文本
Ctrl-Alt-F：查找并替換某些文本
Ctrl-A：標記整個腳本
Ctrl-G：轉(zhuǎn)到某個行號
Ctrl-I：縮進當前行（即在開頭插入一個空格），或縮進整個選定區(qū)域
Ctrl-U：取消縮進當前行或整個選定區(qū)域
Ctrl-K+數(shù)字（1..9）：移動到以diagram 1開頭的行（例如），以便快速找到準備某個圖的命令。
Ctrl-K +字母（a..z）：例如，對于字母“a”，移動到以;a:開頭的行。這樣的一行是注釋，即在執(zhí)行腳本時忽略它，但您可以使用它來標記某些位置，然后使用這樣的快捷方式快速到達這些位置。
F1：顯示幫助內(nèi)容。
F2：顯示在光標位置關(guān)鍵字的幫助
其他一些功能：
使用插入鍵，可以在插入模式（默認）和覆蓋模式之間切換。
如果鍵入一個預(yù)定義函數(shù)的名稱，后跟一個左括號，則編輯器將在所需參數(shù)列表上顯示信息。
使用 Ctrl-H ，可以檢查腳本（或其選定部分）的語法。
使用Ctrl-R，可以重新格式化腳本（或其選定部分）。這樣就得到了標準格式。如果你不喜歡它，你可以用Ctrl-Z重做。
如果將任何文件從Windows Explorer“放到”編輯器區(qū)域，這些文件將在編輯器選項卡中打開。
通過使用鼠標右鍵，您可以打開一個彈出菜單，在該菜單中，您可以打開名稱為光標位置的文件，也可以調(diào)用搜索和替換功能。
有關(guān)更多編輯命令，請參見編輯菜單。可以在對話框
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——自定義表單
其中一個允許用戶通過從列表中選擇一個字符串（字符序列），例如，光纖數(shù)據(jù)文件的名稱。另一種欄類型用于數(shù)值；它與所謂的單選按鈕一起使用。
復(fù)選框允許用戶激活或停用特定設(shè)置。例如，通過復(fù)選這樣一個欄，可以表明必須考慮某種效應(yīng)。
l輸出欄用于顯示計算結(jié)果；用戶不能直接修改。通常，輸出值僅在腳本執(zhí)行之后顯示（在生成圖表之前和之后），因為它們通常引用在腳本中計算的值或函數(shù)。
有以下類型的輸出欄：
文本欄以文本形式顯示結(jié)果--例如，輸出功率為“324 mW”。如果無法計算值（例如，由于腳本尚未執(zhí)行），則該欄保持為空。如果表達式列表包含無效部分，“？？？”顯示為此類結(jié)果的替代。
條形圖欄顯示帶顏色條形圖的值，其長度取決于數(shù)值。這可以顯示，例如摻雜光纖中的鐿平均激發(fā)度。
您可以執(zhí)行腳本，例如按F8（包括圖形）或按F9（不帶圖形），但僅當所有輸入的值都有效時。例如，如果輸入的值超出了腳本中定義的有限范圍，則該欄將以紅色背景顯示，光標將放在該范圍內(nèi)，并且無法繼續(xù)執(zhí)行。在腳本執(zhí)行之后，輸出欄將被更新，如果生成了任何圖表，則在這些圖表完成后將發(fā)生另一個更新。
更多提示：
輸入欄（不是輸出欄）的內(nèi)容自動保存在單獨的輸入數(shù)據(jù)文件中。默認情況下，其文件名與腳本文件名相同，但文件擴展名為“.fpj”。（在腳本中，可以修改該名稱以訪問不同的輸入數(shù)據(jù)文件。）
也可以使用菜單項 File | Save as將輸入保存到其他文件。在這種情況下，原始數(shù)據(jù)文件將只包含存儲實際數(shù)據(jù)的文件的文件名。如果已經(jīng)加載了與表單相對應(yīng)的腳本，則也可以用File | Open從此類文件加載數(shù)據(jù)。
通過進入腳本編輯器模式，您可以查看腳本代碼，包括自定義表單的定義：按菜單下面的“Show editors”按鈕。在這里，您可以看到表單是如何生成的（并對其進行修改）、腳本中設(shè)置了哪些其他參數(shù)、如何定義圖表等。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——建模原理8
對于折射率對比度較小的光纖和其他波導(dǎo)，z步長可以相對較大，在許多情況下，遠大于波長。有關(guān)所需步長大小的更多詳細信息如下。
所使用的算法自然地暗示了周期性邊界條件：波碰到數(shù)值網(wǎng)格的邊緣時，可以在對面重新進入網(wǎng)格。然而，這種行為可以改變（見下文）。
請注意，對于銳利折射率跳躍（階躍折射率分布），數(shù)值誤差可能會增加。因此，將階躍函數(shù)替換為高階超高斯函數(shù)是有益的，它提供了一個稍微平滑的折射率過渡（在幾個數(shù)值網(wǎng)格點內(nèi)）。這可能更現(xiàn)實，因為真正的光纖通常具有平滑的過渡。
光束傳播裝置（Beam Propagation Devices）
利用“光束傳輸裝置”對RP Fiber Power中的光束傳輸進行了仿真，該裝置與光纖模型保持分離，僅用于傳輸光功率：它們有自己的數(shù)值網(wǎng)格、光通道、光譜數(shù)據(jù)等。
一個腳本可以定義多個光束傳播裝置。例如，可以將它們用于不同版本的設(shè)備、串聯(lián)使用的多個設(shè)備，或者用于具有不同分辨率的仿真，以進行健全性檢查。
每個設(shè)備都有自己的數(shù)字網(wǎng)格。場分布可以通過插值從一個設(shè)備轉(zhuǎn)移到另一個設(shè)備（如有必要）。
數(shù)值網(wǎng)格
每一個光束傳播裝置有一個矩形類型的數(shù)值網(wǎng)格：它跨越X和Y方向的一些范圍，這些范圍都以坐標系的原點為中心。x從–xmax到+xmax,，y從–ymax到+ymax。x和y的限值可以獨立選擇，步長尺寸取決于
和
，和
是
整數(shù)且必須為2的冪。
此外，網(wǎng)格跨越一個特定的z范圍，其中z=0對應(yīng)于波導(dǎo)的開始位置（在這里注入初始場），并且波在正z方向以步長
傳播到某個值zmax。
橫向網(wǎng)格分辨率
（即在x和y方向）必須足夠高，以便對場的橫向變化進行適當?shù)牟蓸印τ趯?dǎo)模，這些變化的速度取決于光纖的數(shù)值孔徑。例如，對于階躍折射率光纖，相對于光纖軸（光纖內(nèi)）的最大光束角大約為
(其中NA是光纖數(shù)值孔徑)。
展開 
RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——用戶界面4
輸入組織在以下選項卡中：
lFiber modes(光纖模式)：用于根據(jù)折射率分布計算光纖模式。（如果您知道強度分布，則不需要這用于功率計算。）
lActive fiber(有源光纖)：在這里，您可以定義有源光纖的詳細信息。
lOptical channels(光信道)：光纖中的所有光都用“光信道”來描述，您可以在這里定義。例如，放大器模型可能有幾個泵浦信道、幾個信號信道和ASE 信道。
lDefinitions(定義)：在這里，您可以輸入一些腳本命令，這些命令集成到生成的腳本中。您可以使用它，例如，為某些光信道定義用戶定義的強度形狀，或定義其他輸出。
lGraphics(圖形)：在這里，您可以定義生成哪些類型的圖形輸出。（請注意，光纖模式上的圖形可以在“
Fiber mode”選項卡中定義。）
Ultrashort pulses(超短脈沖)：此選項卡用于模擬超短脈沖的傳播。
這些選項卡將在以下部分中詳細解釋。
在工具欄中，您可以找到藍色的“Play”按鈕。按下此按鈕時，將從表單輸入中生成腳本文件名FormScript.fpw并執(zhí)行。菜單項Execute | Calculate (no graphics)執(zhí)行相同操作，但圖形輸出被抑制。您可以轉(zhuǎn)到腳本編輯器模式，以檢查生成的腳本并可能保存其副本，您可以進一步編輯該副本。（無法編輯生成的腳本，因為下次執(zhí)行表單時可能會覆蓋該腳本。）
在交互表單模式下，使用保存功能（菜單中的File | Save，或工具欄中的軟盤按鈕），可以將表單設(shè)置保存到.fpi文件中。稍后可以用File | Open加載。表單設(shè)置也保存在項目文件夾的設(shè)置文件中。
計算光纖模式
下面的屏幕截圖顯示計算光纖模式的選項卡。
（該選項卡控件是主表單的一部分。）
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及光纖器件設(shè)計軟件——建模原理10
例如，對于許多摻鐿和摻鉺光纖來說，這一假設(shè)已得到很好的滿足，但對于某些摻釹石英光纖，這一假設(shè)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(yīng)的光譜數(shù)據(jù)。
空間燒孔效應(yīng)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(fā)射帶寬使得空間燒孔效應(yīng)非常微弱，可以安全地忽略。
假設(shè)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(yīng)于某個光纖模式，這個假設(shè)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(shè)可能無法很好地實現(xiàn)。這可能是包層泵浦光纖的一個問題，當假設(shè)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(yīng)可能在某些情況下發(fā)生，例如光纖的強彎曲。這種效應(yīng)不能用軟件模擬。
不同通道對應(yīng)的強度只是簡單地相加，隱含地假設(shè)它們之間沒有相干。
對于寬帶信號，這一假設(shè)已得到很好的滿足。然而，在某些情況下，這種假設(shè)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(fā)多個模式時。它們的相互相干會導(dǎo)致干擾效應(yīng)，建模當然需要知道模式的相關(guān)相位。
光纖中的非線性光學(xué)效應(yīng)（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(shù)使用連續(xù)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(yīng)，從而改變其性能。軟件不能在動態(tài)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(tài)——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(shù)分布始終處于熱平衡狀態(tài)。
這一假設(shè)通常在穩(wěn)態(tài)情況下得到很好的滿足，但在某些動態(tài)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(shè)光纖具有弱導(dǎo)性，即折射率對比度不過高。
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比如，對于鉺鐿共摻光纖，我們考慮3個能級的鉺和2能級的鐿。能級1到3是鉺，能級4到5是鐿：
上圖中還顯示了各種躍遷。受激躍遷（由光引起）用粗箭頭表示，而自發(fā)躍遷用細箭頭表示。更詳細地說，躍遷如下
一些泵浦波如980nm波長可以激發(fā)鉺離子從1能級到3能級。忽略相反方向的受激輻射。
從3級到2級有一個快速的非輻射躍遷。這與光學(xué)影響或光的發(fā)射無關(guān)，而是與多聲子發(fā)射有關(guān)。
激光（或放大器）從2能級躍遷到1能級，發(fā)射在1．5μm的光譜區(qū)域。而且，光可以被重新吸收，從1能級到2能級激發(fā)離子。
鐿離子也可以從4能級泵到5能級或向下通過受激或自發(fā)輻射。
最后，這里可能有一個能量轉(zhuǎn)移，鐿離子從5能級到4能級的能量使餌離子從1能級泵到3能級。
除了基態(tài)外，模型中只考慮了亞穩(wěn)態(tài)。例如，如果假設(shè)從3能級到2能級的非輻射傳輸速度是無限快的，3能級將被消除。980nm左右的鉺泵送將直接進入2能級，同樣的情況也適用于能量傳遞過程。
能級粒子數(shù)表示為n1到n5，取決于在光纖中的位置。一定離子類型的所有能級粒子數(shù)總和為1。上述例子中，基態(tài)對應(yīng)n1＝n4＝1，n2＝n3＝n5＝0。
為了計算光吸收或光放大的電子能級的粒子數(shù)，使用如下用戶定義的參數(shù)：
l 對于自發(fā)躍遷（輻射躍遷或非輻射躍遷），當躍遷速率與起始能級的粒子數(shù)成比例時，用戶指定起始能級中每個離子的躍遷速率。
l 對于光致躍遷（吸收或受激發(fā)射），使用波長相關(guān)的有效躍遷。軟件自動決定哪個光信道與某些躍遷相關(guān)。
可以有淬火過程，其中從某一起始能級到某個結(jié)束能級的躍遷率與開始能級的粒子數(shù)的平方或立方成比例。用戶定義比例常數(shù)。
對于能量傳輸，用戶指定兩個起始能級（可能相同）和兩個結(jié)束能級，以及比例系數(shù)。
在許多情況下，用具有以下特性的簡化的增益模型：
除了基態(tài)外，只有一個亞穩(wěn)態(tài)激發(fā)能級，具有一定的上能級壽命。
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對于模擬鎖模光纖激光器中的脈沖形成，通常會執(zhí)行以下操作：
定義一個啟動脈沖，這是對激光器諧振腔中某個位置的穩(wěn)態(tài)預(yù)期脈沖的第一個粗略估計——典型地是在輸出耦合鏡之前。
定義一個函數(shù)，它應(yīng)用脈沖在整個諧振腔往返過程中所經(jīng)歷的所有效應(yīng)。多次調(diào)用該函數(shù)，并可能在每次往返后保存脈沖，以便以后調(diào)用脈沖參數(shù)的演變。為了在任意次數(shù)的往返后獲得輸出脈沖，可以調(diào)用存儲的內(nèi)部脈沖，并在傳輸中應(yīng)用輸出耦合鏡的作用。
脈沖通過光纖傳播
光纖只是在軟件中許多可能的傳輸脈沖的光學(xué)元件中的一種。也可以定義多段光纖，并通過其中任何一段來傳播脈沖。
脈沖可以在z＝0（左側(cè)光纖端）或z＝L（右側(cè)光纖端）注入光纖，這取決于相應(yīng)光信道的傳播方向。
請注意，在超短脈沖傳播中不考慮第2．5節(jié)中討論的光纖端面反射，因為可能需要考慮其他光學(xué)元件對光纖左側(cè)或右側(cè)的影響。
在脈沖通過某些光纖傳播后，也可以在光纖內(nèi)的位置恢復(fù)脈沖。光纖中的脈沖存儲在給定的等距網(wǎng)格上。恢復(fù)脈沖時使用的z位置被四舍五入到最近的網(wǎng)格位置；在z方向上不進行脈沖屬性的插值。
如果所選網(wǎng)格太粗糙，無法精確計算脈沖傳播，軟件將自動使用中間步驟，但不會存儲產(chǎn)生的中間脈沖。
脈沖屬性
一旦計算出光纖中某一位置的脈沖，軟件就提供了計算該脈沖屬性的各種功能，如脈沖能量、峰值功率、持續(xù)時間、帶寬等。
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