光纖激光尺的案例
光纖激光尺實現納米級位置控制精度檢測
激光干涉測量技術具有靈敏度高、量程大及可適應惡劣環境等優點，光波可以直接對米進行定義且容易溯源。中圖儀器自研的PLR3000系列光纖激光尺基于激光干涉測量原理，是一種高精密度、高靈敏度、高效快速的先進位置檢測設備，在非接觸高精度測量領域具有其它測量方法無可比擬的優勢，相比傳統鋼帶尺或玻璃光柵，具有更加精確的柵距和更高的分辨率，同時其熱源隔離設計，保證了更高的穩定性，同時具有安裝快捷，易于準直等特點，在微電子、微機械、微光學等現代超精密加工制造、光刻技術以及航空航天等高科技領域廣泛應用。
光纖激光尺組成
光纖激光尺由激光發射裝置、干涉測量探頭、反射鏡等部分組成。
1.激光發射裝置
激光發射裝置內置高穩定度氦氖激光光源，穩頻精度0.05ppm（可選0.02ppm）。通過鎧裝光纖將激光傳導至干涉測量探頭，實現熱源與測量探頭隔離。激光發射裝置內置高精度信號處理系統，可直接輸出用戶可配置分辨率的實時RS422數字正交信號和正交模擬信號，還可通過USB-SDK進行二次開發。
2.干涉測量探頭
2.1.差分干涉（DI）探頭
差分干涉探頭輸出兩束激光（參考光和測量光），分別經過固定平面反射鏡和移動平面反射鏡反射，實現光學四倍頻，具有更高的系統分辨率和更小的非線性誤差。尤其適用于測量Z軸立柱與運動平臺之間的相對運動，消除因內壁熱漂移和立柱振動/移動而產生的誤差，是納米級精度方案首選。
展開 光纖激光尺實現納米級位置控制精度檢測
激光干涉測量技術具有靈敏度高、量程大及可適應惡劣環境等優點，光波可以直接對米進行定義且容易溯源。中圖儀器自研的PLR3000系列光纖激光尺基于激光干涉測量原理，是一種高精密度、高靈敏度、高效快速的先進位置檢測設備，在非接觸高精度測量領域具有其它測量方法無可比擬的優勢，相比傳統鋼帶尺或玻璃光柵，具有更加精確的柵距和更高的分辨率，同時其熱源隔離設計，保證了更高的穩定性，同時具有安裝快捷，易于準直等特點，在微電子、微機械、微光學等現代超精密加工制造、光刻技術以及航空航天等高科技領域廣泛應用。
光纖激光尺組成
光纖激光尺由激光發射裝置、干涉測量探頭、反射鏡等部分組成。
1.激光發射裝置
激光發射裝置內置高穩定度氦氖激光光源，穩頻精度0.05ppm（可選0.02ppm）。通過鎧裝光纖將激光傳導至干涉測量探頭，實現熱源與測量探頭隔離。激光發射裝置內置高精度信號處理系統，可直接輸出用戶可配置分辨率的實時RS422數字正交信號和正交模擬信號，還可通過USB-SDK進行二次開發。
2.干涉測量探頭
2.1.差分干涉（DI）探頭
差分干涉探頭輸出兩束激光（參考光和測量光），分別經過固定平面反射鏡和移動平面反射鏡反射，實現光學四倍頻，具有更高的系統分辨率和更小的非線性誤差。尤其適用于測量Z軸立柱與運動平臺之間的相對運動，消除因內壁熱漂移和立柱振動/移動而產生的誤差，是納米級精度方案首選。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖激光器
該范例為摻釔光纖激光器的簡單模型。泵浦與信號光均在單模光纖內傳輸。
腳本程序中，通過插入對象函數set＿R（），將放大器模型轉換為激光器模型。設定光纖左端面對信號光（激光）全反射（光纖布拉格光柵效應），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）。
在模型中需簡單定義激光波長。若無定義波長的光學組件，激光器通常輸出增益更大的工作波長。這是一個非常復雜的范例，可自動計算激光輸出波長。
Yb fiber laser ．cf ．fpw 包含用戶自定義項，可靈活編輯輸入參量。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻銩上轉換光纖激光器
該模型表明,RP Fiber Power軟件如何對含有復雜能級結構的激光器或放大器進行設計。
設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為亞穩態能級。(未被多聲子躍遷所猝滅)
銩離子在吸收3個1140nm泵浦聲子后被激發至高電子能級。由高能級受激輻射至基態,并產生480nm的藍光。
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據源于文獻:“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 
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—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泵浦光束激發鉺離子與釔離子。鉺離子的激活能量轉移至鉺離子。
此類激光器也可在無釔離子情況下運行,可通過設置釔離子的濃度為0即可。然而,此時泵浦吸收非常有限,導致輸出功率較低。(由于光纖長度短,摻雜濃度有限所致)隨著鉺離子的摻雜,能量吸收更充分,激光轉換效率極大增加。然而,在高泵浦功率下,能量轉移效率達到極限,限制了輸出功率。
光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖激光器，自動解算輸出波長
該范例為摻釔光纖激光器模型,可自動計算激光器輸出波長。因此,需定義多個信道,波長間隔為5nm,軟件將分析給定條件下哪個信道輻射激光。(兩個信道具有相似增益的情況下將出現問題)
腳本程序設定了laser_wavelength()用戶自定義函數,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度的變化。對每一點需重新計算激光器波長,確實發生了變化。對于短光纖,975nm處出現激光輻射,發射截面較大。然而,對于長光纖,激光波長突然跳轉至1030nm,發射長波長激光,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)。這一特性為三能級激光系統的顯著特征。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻鍺光纖的模式特性
該程序是用于計算光纖模式特性較為復雜的案例。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定理計算,與波長有關,需要進行色散計算。模式求解方法(2．5節)提供了相關函數,可計算所有模式的有效折射率、群折射率、群速度色散等。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件一光纖模式分布的計算
文件：Fiber modes ．fpw
（對應表格操作文件Fiber modes ．fpi）
簡要的說，該程序通過對整體模型求解計算了光纖模式的分布。
該腳本程序需定義折射率分布值。通過數行程序代碼，依次讀取折射率值，插值繪制折射率函數n＿f（r）圖形。
以下為程序運行后，光纖模式特性相關圖形：
圖1為徑向函數圖形，不同顏色曲線對應不同的ι值。圖中，也表明了折射率分布及模式的有效折射率。
圖2為選定模式的強度分布圖樣。
圖3為模式數與波長的關系曲線。在波長為1．96um時僅存在單模形式。
圖4為表明有效折射率與波長有關，折射率增大到包層折射率大小時，對應截止波長。
圖5為纖芯內對應所有模式及波長的功率。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—光纖耦合器
原則上，可研究任意折射率分布光纖內多光束的傳輸特性。研究基于倏逝波的光纖定向耦合器。傳輸一段距離后，兩光纖纖芯相對較近，光線可由一根光纖遂穿到另外一根光纖纖芯內。光線由其中一個端口入射，可分析不同波導距離，耦合長度，波長下的傳輸特性。
圖1為折射率分布，用于說明是否為所設定的耦合結構。
圖2為yz平面內的場分布，可分析光功率如何耦合至相鄰波導的過程。
圖3為其中一個輸出端口下光束的分布。
圖4為耦合強度與耦合區兩纖芯距離的關系；
圖5為耦合強度與波長的關系。短波長表現弱耦合，隱逝場較弱。由于光耦合返回至初始波導中，彎曲損耗逐漸增加，在再次減弱前，長波長表現強耦合特性。
需指出，該程序分別定義了不同的波長通道，用戶可在后期詳細研究各通道光束的分布，以及耦合區光束的分布特性。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—拉錐光纖
研究導波模式光纖內光線的傳輸特性。拉錐光纖中，纖芯的直徑沿光纖軸向逐漸變細。該設計模擬了纖芯直徑緩慢變化對光場模式的影響。
圖1為yz平面內的場振幅分布。
圖2為沿著光纖方向，光功率、光束半徑、模場面積等光束參數的變化。
Tapered fiber ． cf ．fpw文件包括自定義窗體，用戶可靈活輸入相應參數。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—包層泵浦光纖放大器
該范例為單模光纖放大器腳本程序的修改版。設定泵浦光在多模雙包層光纖內包層傳輸,信號光在單模纖芯內傳輸。泵浦功率增加至10W。若泵浦吸收急劇減弱,可采用長光纖,選擇975nm為泵浦波長,增加摻雜濃度。
該模型已隱含假設,橫向泵浦強度分布在傳播過程中為常量。這需要光纖中極強的模態混疊,可將光纖呈徑向對稱設計。
此案例中未考慮放大的自發輻射。因此,若降低輸入信號功率,單通道增益較高,模式失效。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻鉺光纖放大器的淬滅效應
激光上能級離子躍變相互作用,其中一個離子躍遷至基態,而另外一個離子躍遷至高能態,瞬間返回至初始能級。實際上,破壞一個激發躍遷,整個光放大也會稍微減少。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—大模場面積彎曲光纖
研究了大模場面積光纖的彎曲對光波傳輸的影響。該設計采用階躍折射率光纖，也可研究其它類型的折射率分布光纖。
圖1表明，隨著光纖彎曲形變的加強，光線傳輸產生變化，最終將導致光線完全入射到包層內而產生大量損耗。
圖2為不同模式下，傳輸損耗與光纖曲率半徑之間的關系曲線。該仿真雖然需用時幾分鐘，但也為用戶提供了大量的有效信息。
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
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖放大器
（備注：若采用無源光纖，則該文件及以下案例文件將無法運行。）
該程序有助于學習軟件基礎操作。設計了一種簡單的摻釔光纖放大器。
泵浦光與信號光均在單模光纖內傳輸。每列波象征一個光通道。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系曲線。
信號輸出功率與泵浦功率，或信號輸入功率，或光纖長度的函數關系。
橫向與徑向分布取決于摻雜與強度分布。
