RP 系列 | 光纤放大器和激光建模中的横向相关性

2021-05-25 11:35发布

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光纤放大器和激光器中的泵浦和信号波会表现出明显的横向强度变化。然而,只要所涉及的波的强度分布至少相对相似,仅使用一些重叠因子而忽略横向尺寸的计算机模型就可以产生非常合理的结果。有了合适的仿真软件,人们就可以轻松地测试这些东西。

将泵浦光注入 LP 11 模式,从而获得一个环形的泵浦轮廓。然后,横向依存关系就很明显了:

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功率转换现在比以前明显差了,主要是因为现在可以不太有效地吸收泵浦功率,并且 Yb 激励是较大的径向位置,因此信号不能很好地利用它:

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如果现在忽略横向依存关系(仅对两个场使用重叠因子),结果将发生很大变化;例如,信号输出功率从 417 mW 上升到 467 mW。本质上,这种简化消除了有害的(但现实的)方面,即泵浦优先在信号波没有那么大强度的径向位置激发 Yb 离子,因此在增益方面获利较少。

一些结论和评论


显示的结果表明、在其他情况下的经验一致,只要泵浦和信号波具有相似的横向强度分布,就可以相当安全地忽略放大器或激光模型中的横向相关性(仅使用重叠因子)。对于基本上不同的横向轮廓,情况可能并非如此。为了获得准确的结果,需要一个更复杂的模型,该模型可以正确处理横向相关性。
当然,所提到的重叠因素不应该被删除;即使它们通常不远低于1,它们通常也会显着影响结果。
使用适当的软件(例如我们的产品 RP Fibre Power,可以正确地处理横向相关性,这不仅是光强度方面的问题,而且还涉及掺杂分布方面的问题。只是用户随后必须提供更多详细信息,并且计算时间变长了。后者通常可以忽略不计,因为在普通 PC 上许多计算反而是如此之快。顺便说一句,在上面的演示中有30个径向线段实在是太过分了,但是我选择这样做是为了获得横向依存关系的图。在许多情况下,为了查看真正需要多少横向分辨率,可能只看几个横向分辨率较高的测试用例。
还要提及的是,活性纤维的光谱数据通常是基于忽略横向依赖性的计算来计算的。例如,即使该假设不是真的有效,也假设整个芯上的激光活性掺杂剂浓度均匀。当将此类数据与更复杂的模型一起使用时,可能无法获得更高的结果准确性。



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