RP Fiber Power 光纤激光器及光纤器件设计软件——建模原理10

2021-07-19 17:43发布

功率计算的一般假设

RP Fiber Power物理模型的基本假设如下:

掺杂浓度必须在纵向上保持恒定。(然而,它们可以依赖于径向和方位角坐标。)

所有特定类型的掺杂离子的行为基本相同,即增益介质呈现均匀展宽。

例如,对于许多掺镱和掺铒光纤来说,这一假设已得到很好的满足,但对于某些掺钕石英光纤,这一假设并未得到很好的满足。由于各种原因,很难模拟这种情况。即使软件能做到这一点,也很难获得相应的光谱数据。

空间烧孔效应作为非均匀展宽的另一个可能来源也被忽略了。

在典型情况下,光纤激光器的发射带宽使得空间烧孔效应非常微弱,可以安全地忽略。

假设光通道在光纤中传输时保持给定的强度形状。

如果一个信道对应于某个光纤模式,这个假设通常会得到很好的满足。然而,如果一个通道由多个模式组成,那么它的强度分布实际上可能会随着模式上的功率分布的变化而变化;那么,这一假设可能无法很好地实现。这可能是包层泵浦光纤的一个问题,当假设泵浦通道有一个简单的顶帽强度分布,由许多模式组成。另见第6.6节双包层装置的建模。

还要注意,模式耦合效应可能在某些情况下发生,例如光纤的强弯曲。这种效应不能用软件模拟。

不同通道对应的强度只是简单地相加,隐含地假设它们之间没有相干。

对于宽带信号,这一假设已得到很好的满足。然而,在某些情况下,这种假设可能是无效的——例如,当一个单频信号注入多模光纤中,从而激发多个模式时。它们的相互相干会导致干扰效应,建模当然需要知道模式的相关相位。

光纤中的非线性光学效应(如受激拉曼和布里渊散射)被忽略(超短脉冲模拟除外)。

这对大多数使用连续波输入的光纤激光器和放大器都是有效的。对于脉冲器件,可能存在非线性效应,从而改变其性能。软件不能在动态计算中考虑这些因素,但它允许检查是否进入这种非线性状态——例如,通过计算光功率的拉曼增益。

在每个斯塔克能级流形中,激光活性离子的粒子数分布始终处于热平衡状态。

这一假设通常在稳态情况下得到很好的满足,但在某些动态情况下(极短和强脉冲的放大),这可能是错误的。

对于模式求解器,假设光纤具有弱导性,即折射率对比度不过高。此外,折射率分布需要是径向对称的和真实的。

这些假设基本上适用于所有掺杂玻璃光纤,光子晶体光纤除外。对于增益或吸收很强的光纤,折射率实际上变得很复杂,软件无法处理。然而,在几乎所有的实际情况下,光纤的增益或损耗都太弱,以至于无法与这相关。

在超短脉冲仿真中,只考虑单一光纤模式。涉及高阶模式或反向传播波的非线性耦合效应(如布里渊散射和拉曼散射)无法建模。


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