SeeFiberLaser最新版是一款功能實(shí)用，專業(yè)性極強(qiáng)的光纖激光仿真軟件，SeeFiberLaser最新版內(nèi)置豐富的功能，其軟件是基于光纖光學(xué)和激光原理的基本物理模型，采用有限差分算法可以進(jìn)行數(shù)值求解，包含兩個(gè)波長(zhǎng)的拉曼增益系數(shù)，多個(gè)光纖激光器模型，可進(jìn)行光纖激光的產(chǎn)生、放大和傳輸，可以滿足用戶的需求。

　　軟件功能

　　1、物理模型

　　本軟件包含多個(gè)光纖激光器模型，根據(jù)用戶輸入的參數(shù)和考慮的因素自動(dòng)選擇所使用的物理模型，目前教學(xué)測(cè)試版開放的是基于速率方程的摻鐿光纖激光器模型，包含了放大自發(fā)輻射效應(yīng)、拉曼散射效應(yīng)以及熱效應(yīng)，可以用于計(jì)算摻鐿光纖振蕩器和放大器[1-3]，具體包括彎曲損耗、單(多)波長(zhǎng)泵浦、單(多)波長(zhǎng)放大、高功率系統(tǒng)中拉曼效應(yīng)等多種情況。

　　為了模擬光纖激光器中各個(gè)波長(zhǎng)的演化過(guò)程，我們將摻鐿光纖的吸收發(fā)射譜等間隔地分割成眾多的分離譜，把每一個(gè)分離譜內(nèi)的激光看作單一波長(zhǎng)，并對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)建立速率方程，這樣可以考慮各個(gè)波長(zhǎng)對(duì)總增益的影響以及波長(zhǎng)之間的競(jìng)爭(zhēng)，如果計(jì)算中包含拉曼效應(yīng)，則可以分別計(jì)算各個(gè)波長(zhǎng)的拉曼增益。

　　計(jì)算中無(wú)論是振蕩器還是放大器，在模型兩端都可以設(shè)置泵浦光和反饋，該結(jié)果作為模型的邊界條件輸入。

　　本模型只考慮光譜各成分的功率演化，不包含相位，因此屬于非相干模型。

　　本模型是標(biāo)量模型，不考慮偏振效應(yīng)的影響。

　　2、數(shù)值算法

　　本版本軟件采用有限差分算法對(duì)模型進(jìn)行數(shù)值求解，首先把光纖軸向坐標(biāo)和光譜網(wǎng)格化，并對(duì)物理模型和邊界條件進(jìn)行離散，將模型轉(zhuǎn)化為邊值問(wèn)題，從而利用我們軟件的算法計(jì)算出各波長(zhǎng)激光沿光纖分布的功率等結(jié)果。計(jì)算的速度與選取的光纖網(wǎng)格劃分精度有關(guān)，選取的網(wǎng)格越精細(xì)，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)，通常光纖的計(jì)算步長(zhǎng)設(shè)置為0.01m，當(dāng)計(jì)算功率較大或者光纖吸收系數(shù)較大時(shí)，建議適當(dāng)減小光纖的計(jì)算步長(zhǎng)(例如0.005m)，以便提高準(zhǔn)確性。實(shí)際使用中可以通過(guò)比較步長(zhǎng)減半的兩個(gè)結(jié)果來(lái)判斷計(jì)算精度是否符合要求。

　　我們的算法屬于迭代算法，所以計(jì)算的精度還與收斂的容忍精度有關(guān)，軟件中默認(rèn)的容忍精度為10-4，實(shí)際使用中也可以通過(guò)比較容忍精度減半的兩個(gè)結(jié)果來(lái)判斷計(jì)算結(jié)果是否符合要求。

　　3、拉曼增益系數(shù)

　　模型中每個(gè)波長(zhǎng)的拉曼增益系數(shù)表示為

　　，即第i個(gè)波長(zhǎng)給第n個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)提供的Raman增益(或損耗)，具體表達(dá)式為[4]：

　　其中

　　為非線性參量，n2為非線性折射率，對(duì)于石英光纖，在1微米波段約為2.6×10-20 m2/W;

　　為延遲拉曼響應(yīng)對(duì)非線性極化強(qiáng)度的貢獻(xiàn)比例，在硅基質(zhì)光纖中一般取0.18;而

　　為延遲拉曼響應(yīng)函數(shù)hR(t)的傅里葉變換，而拉曼響應(yīng)函數(shù)hR(t)的近似解析表達(dá)式如下：

　　經(jīng)推導(dǎo)，可得其傅里葉變換

　　的解析形式如下：

　　在軟件中通過(guò)設(shè)置

　　就可確定計(jì)算中所用的拉曼增益系數(shù)，通常在石英光纖中這三個(gè)參數(shù)變化不大，因此可以直接使用軟件中的默認(rèn)值。

　　4、摻鐿光纖吸收發(fā)射截面

　　摻鐿光纖的吸收發(fā)射截面是通過(guò)外部導(dǎo)入，軟件有一個(gè)默認(rèn)的吸收發(fā)射截面參數(shù)表，其數(shù)值會(huì)在摻鐿光纖參數(shù)設(shè)置界面右上角以圖形顯示，如圖2. 1所示。計(jì)算波長(zhǎng)的精度是由輸入的吸收發(fā)射截面數(shù)據(jù)精度決定的。該吸收發(fā)射截面參數(shù)表要求波長(zhǎng)間隔相等，默認(rèn)的參數(shù)表里波長(zhǎng)間隔為0.2nm。用戶可以將自己測(cè)量的結(jié)果導(dǎo)入進(jìn)行計(jì)算。吸收發(fā)射截面參數(shù)表為Excel文件，第一列為波長(zhǎng)(單位nm)，第二列為吸收截面，第三列為發(fā)射截面(單位m2)。當(dāng)用戶設(shè)置的波長(zhǎng)間隔小于導(dǎo)入?yún)?shù)列表的波長(zhǎng)間隔時(shí)，軟件將用與其波長(zhǎng)最近的吸收發(fā)射截面系數(shù)替代。波長(zhǎng)間隔同樣會(huì)影響計(jì)算速度，波長(zhǎng)間隔越小計(jì)算所需的時(shí)間越長(zhǎng)，所以波長(zhǎng)間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理設(shè)置。

FAQ

　　一.頁(yè)面錯(cuò)亂什么運(yùn)營(yíng)？

　　此問(wèn)題多見于用不支持WebSocket的瀏覽器訪問(wèn)了系統(tǒng)。請(qǐng)使用Chrome、FireFox、360極速、IE10及以上版本等游覽器進(jìn)行訪問(wèn);

　　二.系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行什么情況？

　　當(dāng)運(yùn)行一個(gè)工程提示某元件缺少輸入時(shí)，需確認(rèn)系統(tǒng)中各個(gè)元件的所必須連接的輸入接口已經(jīng)連接好。但有部分模塊的輸入接口是可以不連接的，比如光源的時(shí)間接口可以不連，球面透鏡和反射透鏡的波束和幾何光線兩個(gè)輸入接口只需連接其中任意一個(gè)即可。

　　三.球面透鏡只支持平行光問(wèn)題？

　　搭建如圖所示系統(tǒng)，運(yùn)行后出現(xiàn)以下錯(cuò)誤提示。這是應(yīng)該球面透鏡內(nèi)部是用光線的方式實(shí)現(xiàn)的，暫時(shí)只能支持輸入為平行光源，如果接入別的光源類型，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題

　　四.圖像顯示問(wèn)題？

　　圖像顯示元件只能連接在‘波束’接口上，以得到矩陣?yán)L制成像，不能連接到‘幾何光線’接口上。

　　五.多個(gè)幾何光學(xué)元件連接？

　　因?yàn)槎鄠€(gè)幾何光學(xué)的元件之間是采用幾何定律傳輸計(jì)算，故只能通過(guò)‘幾何光線’接口連接;

　　六、相差、尺寸等數(shù)據(jù)分析問(wèn)題？

　　系統(tǒng)暫不支持相差的統(tǒng)計(jì)分析，光強(qiáng)尺寸可通過(guò)導(dǎo)出Mat文件后在matlab查看。