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，包含兩個波長的拉曼增益系數(shù)，多個光纖激光器模型，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)和考慮的因素自動選擇所使用的物理模型，目前教學(xué)測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)波長泵浦、單(多)波長放大、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波長的演化過程，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，把每一個分離譜內(nèi)的激光看作單一波長，并對每個波長建立速率方程，這樣可以考慮各個波長對總增益的影響以及波長之間的競爭，如果計(jì)算中包含拉曼效應(yīng)，則可以分別計(jì)算各個波長的拉曼增益。

　　計(jì)算中無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，并對物理模型和邊界條件進(jìn)行離散，將模型轉(zhuǎn)化為邊值問題，從而利用我們軟件的算法計(jì)算出各波長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)算時間越長，通常光纖的計(jì)算步長設(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，建議適當(dāng)減小光纖的計(jì)算步長(例如0.005m)，以便提高準(zhǔn)確性。實(shí)際使用中可以通過比較步長減半的兩個結(jié)果來判斷計(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比較容忍精度減半的兩個結(jié)果來判斷計(jì)算結(jié)果是否符合要求。

　　3、拉曼增益系數(shù)

　　模型中每個波長的拉曼增益系數(shù)表示為

　　，即第i個波長給第n個波長的光信號提供的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)射截面是通過外部導(dǎo)入，軟件有一個默認(rèn)的吸收發(fā)射截面參數(shù)表，其數(shù)值會在摻鐿光纖參數(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)表要求波長間隔相等，默認(rèn)的參數(shù)表里波長間隔為0.2nm。用戶可以將自己測量的結(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(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)置的波長間隔小于導(dǎo)入?yún)?shù)列表的波長間隔時，軟件將用與其波長最近的吸收發(fā)射截面系數(shù)替代。波長間隔同樣會影響計(jì)算速度，波長間隔越小計(jì)算所需的時間越長，所以波長間隔應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求合理設(shè)置。

FAQ

　　一.頁面錯亂什么運(yùn)營？

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

　　二.系統(tǒng)無法運(yùn)行什么情況？

　　當(dāng)運(yùn)行一個工程提示某元件缺少輸入時，需確認(rèn)系統(tǒng)中各個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輸入接口只需連接其中任意一個即可。

　　三.球面透鏡只支持平行光問題？

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

　　四.圖像顯示問題？

　　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.多個幾何光學(xué)元件連接？

　　因?yàn)槎鄠€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‘幾何光線’接口連接;

　　六、相差、尺寸等數(shù)據(jù)分析問題？

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