RP 系列 | 什么是好的物理模型

2021-06-15 11:14发布生成海报

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本文解释了如何在研究和开发中进行物理建模，以及在这种情况下哪些方面是相关的。讨论了软件在物理建模中的适当作用，并根据实践经验给出了一些建议。

对激光器和放大器等设备进行建模可能是一件非常有用的事情，但也可能是浪费时间。确定模型属于哪个类别的一个方面是模型的制作程度。然而，什么是好的模型并不总是显而易见的。

在投入任何时间建立模型之前，应该始终考虑应该回答什么样的问题。毕竟，如果没有好的问题开始，就很难有效地给出答案。一个好的模型是最适合回答感兴趣的问题的模型。此类问题的一些示例是：

· 我可以从某种激光器设计中获得什么性能？

· 如何优化设计？

· 限制因素是什么？

· 某些已知的有害影响是否至关重要，或者我可以安全地忽略它们吗？

请注意，一个好的模型不仅能够回答您的问题，而且还能有效地做到这一点。这意味着模型并不比任务所需的复杂。例如，如果您已经知道某些激光器的增益引导效应很弱，则不建议使用完整的光束传播模型，因为使用固定光束轮廓的简化模型效率更高，例如假设由谐振器模式决定的示例。另一方面，如果您不确定增益引导的重要性，则只有光束传播模型可以告诉您。理想情况下，您会使用像 RP Fiber Power 这样的软件您可以使用它来实现两种类型的模型。该软件专为光纤激光器和放大器而设计，但其光束传播功能在体激光器中最为有用。

物理知识和经验；软件和支持

显然，对基础物理学的良好理解以及建模的实践经验非常有用。否则，您可能不知道要考虑的某些方面，并且可能由于被忽略的影响而得到不准确的结果，或者通过考虑并不真正相关的影响而做出矫枉过正。

即使是最好的建模软件也无法取代物理知识和经验。但是，通常带有软件许可证的称职的技术支持可以在这些方面为您提供很大帮助。理想情况下，您会得到一位具备所有知识和经验的高素质人员的支持，他不仅会告诉您如何处理软件，还会就相关的科学和技术方面为您提供详细的建议。这正是您可以从RP Photonics获得的。请记住，RP Photonics 是作为一家技术咨询公司成立的；因此，提供全面的技术建议是很自然的，而不仅仅是关于如何处理软件的一些提示。当然，我们仍然可以为您完成整个建模。

永远记住：模型不是一个软件。它更像是一种类似于现实某些方面的心理构造，软件可以只是实现模型的工具。构建模型应该从思考开始，而不是从打字开始。要知道，“先思考”的原则通常非常有用……

其他方面

在某些情况下，数值效率至关重要。然而，根据我的经验，计算速度很少是一个关键因素；我们通常花更多的时间考虑结果而不是等待计算机。在其他情况下，最好再次检查模型是否比必要的复杂。当然，数值实现的质量也可能是一个重要因素；在这里，用户依赖于软件的开发者。

建模软件的用户界面非常重要。关键的方面当然不是用户界面是否好看，而是它是否足够灵活，例如生成您需要的图表类型以及改变和优化相关输入参数。

文档是另一个非常重要的方面。这适用于建模软件，也适用于用它制作的模型。请注意，如果一段时间后您可以轻松地再次取出模型并进行更多计算，则模型将是最有用的。如果您正确记录了假设的内容，考虑了哪些方面以及忽略了哪些方面等，则更有可能发生这种情况。

在我们的软件中，非平凡模型由脚本定义。如果您稍后阅读这样的脚本，您很快就会发现自己做了什么。当然，一些评论可能会有所帮助。

顺便说一句，另一种浪费时间的方法是用模型产生有用的洞察力，但没有正确地记录下来。有价值的结果很快就会被遗忘。假设获得结果而不是没有模型是您最终想要的，那将是非常可悲的……但它似乎经常发生。

建模在哪里有用？

确定那些建模具有高价值的案例对于研发或科学研究的成功至关重要。根据我们的经验，很多激光公司没有意识到这样的机会，可能仅仅是因为缺乏专业知识。然后他们进行耗时且昂贵的试错程序，在此过程中，人们可以使用计算机模型更快、更有效地找到最佳前进方式。

当然，了解建模的重要性通常并非易事。必须满足两个条件：

· 必须能够计算或模拟现实的某些方面。

· 该练习必须提供宝贵的洞察力，您无法通过在实验室中进行尝试来更轻松或快速地获得这些洞察力。

在第一点上，例如，如果模型的基本输入数据不可用，则可能会失败。例如，如果您购买特性不佳的光纤，则没有任何软件可以帮助您准确预测其性能。不太常见的是，有些事情太难计算了，无法让努力变得有价值。

关于第二个方面，人们往往低估了快速实验搞清楚事情的难度。计算机模型是“透明的”，正如我喜欢表达的那样：如果发生了令人惊讶的事情，您可以随时查看内部工作原理。（例如，您可以在任何位置或时间找到有关功率或强度的信息。）然而，实验可能会给您奇怪的结果，而没有任何关于如何解释它们的提示。

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