拉曼放大的案例
GLAD：拉曼放大器
概述
本例展示了更短波長的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06μm，種子光的波長是1.54μm。泵浦光和種子光都是帶像差的。種子光穿過一個空間濾波器，使光束在一定程度上得到了凈化。種子光和泵浦光合束后穿過一個拉曼放大器。放大器通過拉曼效應將泵浦光轉化為種子光。放大后的種子光輸出經過柱透鏡聚焦成為一條焦線。上述拉曼放大過程的示意圖如下所示：
圖.拉曼放大過程示意圖
系統描述
本例介紹了拉曼放大過程對應命令raman的使用。種子光初始時含有畸變，通過空間濾波器的清潔，種子光中的畸變就被慮除了。初始泵浦光的呈現平頂分布，拉曼放大過程中，泵浦光的中心部分由于放大過程而被消耗，因此放大后的泵浦中心出現凹陷，近似呈現為馬鞍形分布。
模擬結果
展開 GLAD應用：拉曼增益模擬仿真
本例說明了通過一束更短的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06u，種子光的波長是1.54u。泵浦光和種子光都有畸變，種子光穿過一個空間濾波器，去除其他光束的干擾。種子光和泵浦光結合后穿過一個拉曼增益器，放大器衰減泵浦光同時將種子光放大。在這個模型中，泵浦光的任何相位都沒有附加到種子光上。泵浦光和種子光的光強分布反映了光闌邊緣的衍射效應以及光束中的偏差。增益后的種子光輸出經過圓柱透鏡聚焦成為一條線光源，可以用于非旋轉對稱的光學元件和矩形陣列。值得注意的是，軟件中的編碼自動選擇了矩陣單位的大小從而在兩個方向上都能得到很好的分辨率。
圖0.拉曼放大示意圖
案例：拉曼放大案例
圖1.初始泵浦光光強分布
圖2.帶隨機畸變的初始泵浦光相位分布
圖3.初始種子光光強分布
圖4.帶隨機畸變的初始種子光相位分布
圖5.泵浦光經過拉曼增益器后衰減的光強分布
圖6.種子光放大之后的光強分布
圖7.柱透鏡聚焦后的種子光強分布
展開 GLAD應用：拉曼增益模擬仿真
本例說明了通過一束更短的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06u，種子光的波長是1.54u。泵浦光和種子光都有畸變，種子光穿過一個空間濾波器，去除其他光束的干擾。種子光和泵浦光結合后穿過一個拉曼增益器，放大器衰減泵浦光同時將種子光放大。在這個模型中，泵浦光的任何相位都沒有附加到種子光上。泵浦光和種子光的光強分布反映了光闌邊緣的衍射效應以及光束中的偏差。增益后的種子光輸出經過圓柱透鏡聚焦成為一條線光源，可以用于非旋轉對稱的光學元件和矩形陣列。值得注意的是，軟件中的編碼自動選擇了矩陣單位的大小從而在兩個方向上都能得到很好的分辨率。
圖0.拉曼放大示意圖
案例：拉曼放大案例
圖1.初始泵浦光光強分布
圖2.帶隨機畸變的初始泵浦光相位分布
圖3.初始種子光光強分布
圖4.帶隨機畸變的初始種子光相位分布
圖5.泵浦光經過拉曼增益器后衰減的光強分布
圖6.種子光放大之后的光強分布
圖7.柱透鏡聚焦后的種子光強分布
展開 GLAD應用：瞬態拉曼效應
概述
1928年，光波被散射后頻率發生變化的現象被印度物理學家拉曼發現，因此被命名為拉曼散射。拉曼散射可以分為自發拉曼散射和受激拉曼散射。自發拉曼散射源于熱振動聲子對于入射光的散射。受激拉曼散射則是強激光與物質相互作用時產生的受激聲子對于入射光的散射。
系統描述
本例展示了如何模擬瞬態拉曼效應。當高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時，若脈沖寬遠遠小于拉曼過程的時間常數，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態拉曼過程的方程組進行模擬。理論手冊第9章中包含對瞬態拉曼效應方程的完整描述。
在瞬態拉曼效應的模擬過程中有一個關鍵問題需要解決，那就是如何處理自發輻射的角度。更精細的空間采樣就可以考慮更大的立體角。在本例中，我們只考慮初始10ps的作用過程，這樣瞬態增益將會比穩態增益小很多。模擬過程中我們將傳播距離分30步完成，每一步1km，每一步綜合考慮自發拉曼效應、受激拉曼效應以及衍射效應。
沒有受激拉曼放大下的自發輻射開始會線性增長，但是隨著傳播距離的增加，就會有越來越多的空間分量散射出主光路，最終自發輻射到達一個穩定值。越大的采樣陣列能夠涵蓋的自發輻射角度越大，但同時散射效應作用的距離也更短。
模擬結果
圖1.沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（采樣陣列為64*64）
圖2.沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（采樣陣列為256*256）
圖3.30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為64*64）
圖4.30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為256*256）
圖5.斯托克斯光與入射激光的強度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為64*64）
圖6.斯托克斯光與入射激光的強度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為256*256）
展開 
GLAD：瞬態拉曼效應
模擬結果
圖.1 沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（采樣陣列為64*64）
圖.2 沒有受激拉曼放大下時自發輻射的增長過程（采樣陣列為256*256）
圖.3 30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為64*64）
圖.4 30km處斯托克斯光的分布（采樣陣列為256*256）
圖.5 斯托克斯光與入射激光的強度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為64*64）
圖.6 斯托克斯光與入射激光的強度比隨傳輸距離的變化（對數坐標，采樣陣列為256*256）
GLAD：瞬態拉曼效應
概述
1928年，光波被散射后頻率發生變化的現象被印度物理學家拉曼發現，因此被命名為拉曼散射。拉曼散射可以分為自發拉曼散射和受激拉曼散射。自發拉曼散射源于熱振動聲子對于入射光的散射。受激拉曼散射則是強激光與物質相互作用時產生的受激聲子對于入射光的散射。
系統描述
本例展示了如何模擬瞬態拉曼效應。當高功率超短激光脈沖在大氣中傳播時，若脈沖寬遠遠小于拉曼過程的時間常數，則該作用過程就可以通過求解描述瞬態拉曼過程的方程組進行模擬。理論手冊第9章中包含對瞬態拉曼效應方程的完整描述。
在瞬態拉曼效應的模擬過程中有一個關鍵問題需要解決，那就是如何處理自發輻射的角度。更精細的空間采樣就可以考慮更大的立體角。在本例中，我們只考慮初始10ps的作用過程，這樣瞬態增益將會比穩態增益小很多。模擬過程中我們將傳播距離分30步完成，每一步1km，每一步綜合考慮自發拉曼效應、受激拉曼效應以及衍射效應。
沒有受激拉曼放大下的自發輻射開始會線性增長，但是隨著傳播距離的增加，就會有越來越多的空間分量散射出主光路，最終自發輻射到達一個穩定值。越大的采樣陣列能夠涵蓋的自發輻射角度越大，但同時散射效應作用的距離也更短。
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
本例說明了通過一束更短的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06u，種子光的波長是1.54u。泵浦光和種子光都有畸變，種子光穿過一個空間濾波器，去除其他光束的干擾。種子光和泵浦光結合后穿過一個拉曼增益器，放大器衰減泵浦光同時將種子光放大。在這個模型中，泵浦光的任何相位都沒有附加到種子光上。泵浦光和種子光的光強分布反映了光闌邊緣的衍射效應以及光束中的偏差。增益后的種子光輸出經過圓柱透鏡聚焦成為一條線光源，可以用于 非旋轉對稱的光學元件和矩形陣列。值得注意的是，軟件中的編碼自動選擇了矩陣單位的大小從而在兩個方向上都能得到很好的分辨率。
圖0拉曼放大示意圖
C##
C
C案例：拉曼放大案例
C
###泵浦光光束初始化
echo/on
pause 5
set/density 32
nbeam 2 # 設置光束數
array/set 0 64 #設置采樣矩陣大小
units/set 0 .02 # 設置采樣間隔
global/def 1 50. 0 300.
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
本例說明了通過一束更短的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06u，種子光的波長是1.54u。泵浦光和種子光都有畸變，種子光穿過一個空間濾波器，去除其他光束的干擾。種子光和泵浦光結合后穿過一個拉曼增益器，放大器衰減泵浦光同時將種子光放大。在這個模型中，泵浦光的任何相位都沒有附加到種子光上。泵浦光和種子光的光強分布反映了光闌邊緣的衍射效應以及光束中的偏差。增益后的種子光輸出經過圓柱透鏡聚焦成為一條線光源，可以用于 非旋轉對稱的光學元件和矩形陣列。值得注意的是，軟件中的編碼自動選擇了矩陣單位的大小從而在兩個方向上都能得到很好的分辨率。
展開 GLAD：拉曼增益模擬仿真
本例說明了通過一束更短的泵浦光對種子光進行拉曼放大的過程。泵浦光波長為1.06u，種子光的波長是1.54u。泵浦光和種子光都有畸變，種子光穿過一個空間濾波器，去除其他光束的干擾。種子光和泵浦光結合后穿過一個拉曼增益器，放大器衰減泵浦光同時將種子光放大。在這個模型中，泵浦光的任何相位都沒有附加到種子光上。泵浦光和種子光的光強分布反映了光闌邊緣的衍射效應以及光束中的偏差。增益后的種子光輸出經過圓柱透鏡聚焦成為一條線光源，可以用于 非旋轉對稱的光學元件和矩形陣列。值得注意的是，軟件中的編碼自動選擇了矩陣單位的大小從而在兩個方向上都能得到很好的分辨率。
展開 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較強，受激拉曼散射明顯：光纖端面處，大部分光能量因拉曼效應移至低頻（長波）。
圖形如下所示：
圖1為泵浦功率的變化。
圖2為時域脈沖圖形。
圖3為頻域脈沖圖形。
圖4為脈沖的光譜圖。
圖5為光纖內光譜的變化圖形。
圖6為各脈沖參量與傳輸位置關系。
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GLAD典型應用案例手冊
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目 錄
前言 1
1、傳輸中的相位因子與古伊相移 3
2、帶有反射壁的空心波導 7
3、二元光學元件建模 14
4、離軸拋物面聚焦過程模擬 20
5、大氣像差與自適應光學 24
6、熱暈效應 27
7、部分相干光模擬 32
8、諧振腔的優化設計 41
9、共焦非穩腔模擬仿真 45
10、非穩環形腔模擬 51
11、含有錐形反射鏡的諧振腔 56
12、體全息模擬 61
13、利用全息圖實現加密和解密 66
14、透射元件中由熱效應導致的波前畸變 73
15、拉曼放大器 78
16、瞬態拉曼效應 88
17、布里淵散射散斑現象聚焦幾何模擬 95
18、高斯光束的吸收和自聚焦效應 102
19、光學參量振蕩器 107
20、激光二極管泵浦的固體激光器 112
21、ZIG-ZAG放大器 120
22、多程放大器 131
23、調Q激光器 151
24、光纖耦合系統仿真 159
25、相干增益模型 167
26、諧振腔往返傳輸內的采樣 178
27、光纖激光器 188
展開 
基于optisystem的EDFA通信系統設計
(6) 光放大器
EDFA和拉曼放大器已經成為光纖網絡所需的器件，從WDM網絡轉發器到CATV接線放大器，都有著廣泛的應用。OptiSystem能使用戶選擇不同的模型，例如自定義增益和噪聲系數的理想放大器，或者是基于測量或者速率方程靜態或者動態的解的黑匣子模型。通過利用半導體激光器的多功能特性，可以完成放大和波長轉換。
(6) 觀察儀
客戶可以在任何器件使用觀察儀來打開端口數據監視器，并且存取結果。數據監視器可以保存處理過的信號信息，而沒有必要預先確定觀察儀的類型。因此，一個OSA或WDM分析儀可以加在相同的監視器上，一旦一個計算完成，就不需要再次運算。
庫中可以利用的觀察儀包括：·光∕射頻頻譜分析儀，示波器∕光時域分析儀，眼圖分析儀，誤碼率分析儀，WDM分析儀，功率計。
2、光學方案圖編輯器
這個界面可以讓用戶快速而有效的創建和修改自己的設計。每個OptiSystem方案文件可以包含足夠多的設計版本。這些設計版本可以相互獨立的被計算和修改，但是來自于不同版本的計算結果可以合并起來進行比較。
3、圖形演示
OSA頻譜、示波器和眼圖，探針和可視化工具列出信號功率、增益、噪聲系數和OSNR，圖形生成工具可以對任何參數掃描的任意結果進行比較，直觀的圖形管理器使用戶可以畫出設計中使用的幾乎所用的參數的曲線，·生成的圖形組尺寸可變、視角可變換，并將這些視圖轉變成可以保存和重新使用的結果方案圖，將復合圖合并成3D圖。
實驗內容
根據下圖，運用OptiSystem練習設計EDFA通信系統，并得出EDFA產生的增益，如采用雙泵浦，其增益又如何，在此基礎上練習使用該軟件的優化功能，如何實現系統優化。
最后，歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 無源光纖（ 第十二部分）
受激拉曼散射
在發生強非線性相移的情況下，受激拉曼散射 (SRS) 也可能變得非常重要。它可以將部分脈沖能量轉移到較長的波長上。
例如，我們模擬了摻鐿光纖放大器中的脈沖演化，其中 SRS 變得與光纖端相關。圖 7 顯示了脈沖頻譜沿光纖傳播的演變。首先，通過自相位調制獲得大幅度的光譜展寬。在光纖末端，主要是光譜的長波長部分向更長的波長偏移了幾十納米；這就是拉曼散射。
圖 7：光纖放大器中脈沖頻譜的演變。在右端附近，很大一部分功率轉移到更長波長中。
人們可能想知道為什么光譜的短波長部分顯然沒有受到影響。這是因為由于群速度色散，該部分以稍低的速度傳播。因此，它失去了與拉曼位移部分的時間重疊，拉曼位移部分在左側光纖端附近開始增長（以非常低的水平）。在其他情況下，例如具有較少色散或反常色散，結果可能完全不同。
在模擬示例中，初始脈沖為 3 ps 長。在這種情況下，光譜非常窄，拉曼增益放大了一個光譜區域，在該區域基本上沒有光功率——只有量子漲落。因此，拉曼位移光表現出相當大的隨機性。在其他脈沖持續時間范圍內，可以獲得完全不同的結果。因此，其他情況也應進行模擬分析；不能安全地將獲得的結果轉移到其他參數機制中。
超連續譜生成
光纖中的強非線性相互作用可用于光的強光譜展寬。然而，僅僅注入具有高峰值功率的光是不夠的，因為光譜展寬的程度還敏感地取決于色散特性、泵浦波長和脈沖持續時間。通常，泵浦波長選擇在反常色散區域，不會離光纖的零色散波長太遠。通過使用具有合適設計的光子晶體光纖，可以將零色散波長放置到合適的激光源的波長上。
在極端情況下，人們獲得的頻譜寬度超過一個倍頻程。更準確地說，它們具有超過一個八度光學強度。光譜的半峰全寬可以明顯更小。
各種各樣的效應都可以促成超連續譜的產生。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件一腳本語言18-19
定義拉曼非線性性
如果需要考慮受激拉曼散射（SRS），可以使用bp＿set＿SRS（＇g＿R＇）這樣的函數調用來設置拉曼增益系數gR（以m／W為單位）。這個參數是一個傳遞拉曼增益系數的表達式。它可以依賴于所涉及信道的光頻差df。（如果只有兩個不同頻率的信道相互作用，則使用一個常數就足夠了。）此外，拉曼增益系數可以取決于徑向坐標r或笛卡爾坐標x和y；例如，纖芯中的拉曼非線性可能比包層中的強。
拉曼相互作用只與具有不同波長的光信道有關。最多可以有100對交互信道。例如，可以有多個不同波長的泵浦信道，這會導致多個信號信道的拉曼放大。因此，正確定義相互作用的頻率依賴性是很重要的（見上文）。
例如，對于二氧化硅，可以使用以下非常簡單的表達式：1．1e－13＊ （df ／ 14e12） ＊ exp（－（df ／ 17e12）＾10）。在13THz頻率偏移附近，它提供了≈10－13m／W的峰值。請注意，鍺硅酸鹽玻璃可以顯示出更高的值。
拉曼相互作用不適用于頻率相同的光信道，即使沒有規定增益系數的頻率依賴性。
注意，不包括自發拉曼散射。因此，如果輸入信號的功率為零，就不會出現斯托克斯信號。然而，人們可以通過使用弱輸入信號（根據量子噪聲波動的功率）來模擬這種效應。
默認情況下，拉曼非線性應用于每個數值步長。但是，通過調用bp＿set＿SRS＿steps（N），可以只應用每N個數值步長；每個交互作用的強度都相應地增加。該特征可用于節省計算時間，但如果場分布在選定的有效步長內發生實質性變化，則可能會影響結果的準確性。
定義激光活性摻雜
如果光纖中含有激光活性離子或作為飽和吸收劑的離子，則其摻雜濃度必須通過一個函數調用來定義，如bp＿set＿N＿dop（＇Yb＇， ＇N＿dop（x， y， z）＇）．。
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