SeeFiberLaser

　　      SeeFiberLaser最新版是一款功能实用，专业性极强的光纤激光仿真软件，SeeFiberLaser最新版内置丰富的功能，其软件是基于光纤光学和激光原理的基本物理模型，采用有限差分算法可以进行数值求解，包含两个波长的拉曼增益系数，多个光纤激光器模型，可进行光纤激光的产生、放大和传输，可以满足用户的需求。

　　软件功能

　　1、物理模型

　　本软件包含多个光纤激光器模型，根据用户输入的参数和考虑的因素自动选择所使用的物理模型，目前教学测试版开放的是基于速率方程的掺镱光纤激光器模型，包含了放大自发辐射效应、拉曼散射效应以及热效应，可以用于计算掺镱光纤振荡器和放大器[1-3]，具体包括弯曲损耗、单(多)波长泵浦、单(多)波长放大、高功率系统中拉曼效应等多种情况。

　　为了模拟光纤激光器中各个波长的演化过程，我们将掺镱光纤的吸收发射谱等间隔地分割成众多的分离谱，把每一个分离谱内的激光看作单一波长，并对每个波长建立速率方程，这样可以考虑各个波长对总增益的影响以及波长之间的竞争，如果计算中包含拉曼效应，则可以分别计算各个波长的拉曼增益。

　　计算中无论是振荡器还是放大器，在模型两端都可以设置泵浦光和反馈，该结果作为模型的边界条件输入。

　　本模型只考虑光谱各成分的功率演化，不包含相位，因此属于非相干模型。

　　本模型是标量模型，不考虑偏振效应的影响。

　　2、数值算法

　　本版本软件采用有限差分算法对模型进行数值求解，首先把光纤轴向坐标和光谱网格化，并对物理模型和边界条件进行离散，将模型转化为边值问题，从而利用我们软件的算法计算出各波长激光沿光纤分布的功率等结果。计算的速度与选取的光纤网格划分精度有关，选取的网格越精细，计算时间越长，通常光纤的计算步长设置为0.01m，当计算功率较大或者光纤吸收系数较大时，建议适当减小光纤的计算步长(例如0.005m)，以便提高准确性。实际使用中可以通过比较步长减半的两个结果来判断计算精度是否符合要求。

　　我们的算法属于迭代算法，所以计算的精度还与收敛的容忍精度有关，软件中默认的容忍精度为10-4，实际使用中也可以通过比较容忍精度减半的两个结果来判断计算结果是否符合要求。

　　3、拉曼增益系数

　　模型中每个波长的拉曼增益系数表示为

　　，即第i个波长给第n个波长的光信号提供的Raman增益(或损耗)，具体表达式为[4]：

　　其中

　　为非线性参量，n2为非线性折射率，对于石英光纤，在1微米波段约为2.6×10-20 m2/W;

　　为延迟拉曼响应对非线性极化强度的贡献比例，在硅基质光纤中一般取0.18;而

　　为延迟拉曼响应函数hR(t)的傅里叶变换，而拉曼响应函数hR(t)的近似解析表达式如下：

　　经推导，可得其傅里叶变换

　　的解析形式如下：

　　在软件中通过设置

　　就可确定计算中所用的拉曼增益系数，通常在石英光纤中这三个参数变化不大，因此可以直接使用软件中的默认值。

　　4、掺镱光纤吸收发射截面

　　掺镱光纤的吸收发射截面是通过外部导入，软件有一个默认的吸收发射截面参数表，其数值会在掺镱光纤参数设置界面右上角以图形显示，如图2. 1所示。计算波长的精度是由输入的吸收发射截面数据精度决定的。该吸收发射截面参数表要求波长间隔相等，默认的参数表里波长间隔为0.2nm。用户可以将自己测量的结果导入进行计算。吸收发射截面参数表为Excel文件，第一列为波长(单位nm)，第二列为吸收截面，第三列为发射截面(单位m2)。当用户设置的波长间隔小于导入参数列表的波长间隔时，软件将用与其波长最近的吸收发射截面系数替代。波长间隔同样会影响计算速度，波长间隔越小计算所需的时间越长，所以波长间隔应根据实际需求合理设置。