基于SeeFiberLaser的光纤激光建模与仿真

目录
第1章 光纤激光器基本知识 1
1.1 光纤激光器概述 1
1.1.1 光纤激光器简介 1
1.1.2 光纤激光器发展历程与现状 2
1.2 光纤光学基本知识 7
1.2.1 光纤基本参数 7
1.2.2 光纤中的损耗 9
1.2.3 光纤中的色散 10
1.2.4 光纤模式与光束质量特性 11
1.3 光纤激光原理与基本知识 15
1.3.1 能级辐射与能级吸收 15
1.3.2 能级结构与吸收发射截面 17
1.3.3 光纤激光器基本的速率方程 19
1.3.4 光纤激光中的主要物理效应 24
1.4 光纤激光仿真的现状 37
1.4.1 基于通用编程软件的仿真 37
1.4.2 基于仿真软件的仿真 37
第2章 连续光纤激光器理论模型与仿真算法 39
2.1 连续光纤激光器的速率方程 39
2.1.1 增益光纤中的速率方程 39
2.1.2 传能光纤中的功率传输方程 41
2.2 光纤激光器的边界条件 42
2.2.1 线性腔光纤振荡器边界条件 42
2.2.2 线性腔光纤放大器边界条件 51
2.2.3 环形腔光纤激光器边界条件 56
2.3 光纤激光器增益光纤温度与热源模型 59
2.3.1 光纤激光器双包层增益光纤温度模型 59
2.3.2 光纤激光器双包层增益光纤热源模型 61
2.3.3 增益光纤热量来源分析 61
2.4 连续光纤激光稳态速率方程求解算法 63
2.4.1 差分迭代法求解偏微分方程的基本步骤 63
2.4.2 速率方程差分迭代法求解偏微分方程的基本步骤 64
第3章 脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法 67
3.1 调Q脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法 67
3.1.1 脉冲光纤激光器速率方程 67
3.1.2 主动调Q脉冲光纤激光器边界条件 69
3.1.3 被动调Q脉冲光纤激光器速率方程与边界条件 71
3.1.4 脉冲光纤激光速率方程求解算法 73
3.2 锁模脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法 75
3.2.1 锁模脉冲光纤激光器简介 75
3.2.2 被动锁模环形光纤激光器理论模型 76
3.2.3 锁模脉冲光纤激光器仿真算法 81
第4章 单频/窄线宽光纤激光器理论模型 82
4.1 单频光纤放大器的理论模型 82
4.1.1 信号光与布里渊斯托克斯光的耦合方程 82
4.1.2 考虑泵浦和增益后的单频光纤放大器耦合方程 83
4.2 窄线宽光纤放大器的理论模型 85
4.2.1 信号光与拉曼斯托克斯光的耦合方程 86
4.2.2 窄线宽光纤放大器的速率方程 87
4.2.3 窄线宽光纤放大器的边界条件 89
4.2.4 窄线宽光纤放大器理论模型中的参数 90
第5章 特殊光纤激光器理论模型与仿真算法 95
5.1 超荧光光源理论模型 95
5.2 拉曼光纤激光器理论模型 96
5.2.1 拉曼光纤激光器原理 96
5.2.2 拉曼光纤振荡器边界条件 98
5.3 分布式随机反馈光纤激光器理论模型 99
5.3.1 分布式随机反馈光纤激光器简介 99
5.3.2 分布式随机反馈光纤激光器的速率方程理论 100
5.4 混合增益光纤激光器理论模型 101
5.4.1 混合增益光纤激光器原理 101
5.4.2 混合增益光纤激光器的速率方程理论 102
5.5 光纤激光器横向模式耦合的理论模型 104
5.5.1 仅考虑横向模式功率耦合的理论模型 104
5.5.2 考虑模式分布与模式耦合的理论模型 105
5.6 超连续谱光源理论模型与仿真算法 106
5.6.1 超连续谱光源基本原理与理论模型 106
5.6.2 谱方法求解非线性薛定谔方程 109
第6章 SeeFiberLaser主要功能与使用技能 112
6.1 SeeFiberLaser主要功能简介 112
6.2 SeeFiberLaser主要元器件 113
6.2.1 连续泵浦源 114
6.2.2 连续种子源 125
6.2.3 双包层掺镱光纤 125
6.2.4 双包层传能光纤 134
6.2.5 双包层光纤光栅 136
6.2.6 前向泵浦信号合束器 139
6.2.7 后向泵浦信号合束器 143
6.2.8 光纤端帽 144
6.2.9 调Q开关 147
6.2.10 方波信号发生器 149
6.3 仿真实例建模原则 150
6.3.1 元器件连接规则 150
6.3.2 系统参数选择的若干原则 151
6.4 仿真结果存储与查看 151
6.4.1 仿真结果存储 151
6.4.2 仿真结果查看 153
6.5 仿真数据说明 157
6.5.1 功率数据及物理意义 157
6.5.2 部分变量含义补充说明 161
6.6 仿真实例搭建 167
6.6.1 放大器基本结构 167
6.6.2 仿真系统搭建 168
6.6.3 数据显示与存储 170
第7章 基于SeeFiberLaser的光纤激光器仿真与优化 173
7.1 掺镱光纤激光振荡器仿真与优化 173
7.1.1 掺镱光纤长度对输出特性影响的仿真与优化 174
7.1.2 中心波长对输出特性影响的仿真与优化 175
7.1.3 低反射光纤光栅反射率对输出特性影响的仿真与优化 176
7.1.4 泵浦波长对输出特性影响的仿真与优化 178
7.2 1020nm短波和1150nm长波掺镱光纤激光振荡器仿真与优化 180
7.2.1 1020nm短波光纤激光振荡器仿真与优化 180
7.2.2 1150nm长波光纤激光振荡器仿真与优化 183
7.3 ASE光源仿真与中心波长优化设计 185
7.4 级联泵浦光纤放大器仿真与优化 186
7.4.1 掺镱光纤长度对输出功率和SRS影响的仿真 187
7.4.2 种子功率对SRS影响的仿真 189
7.4.3 泵浦方式对SRS影响的仿真 190
7.4.4 5kW级联泵浦光纤放大器的优化结构 192
7.5 拉曼光纤激光器和随机光纤激光器仿真与优化 193
7.5.1 拉曼光纤激光器的仿真与优化 193
7.5.2 随机光纤激光器的仿真与优化 196
7.6 锁模脉冲光纤激光器仿真与不同脉冲优化 197
7.6.1 孤子脉冲 198
7.6.2 耗散孤子共振 200
7.6.3 耗散孤子脉冲分裂 202
7.6.4 飞秒脉冲激光产生 204
7.7 单频光纤放大器仿真与优化 206
7.7.1 掺镱光纤长度对SBS影响的仿真与优化 207
7.7.2 掺镱光纤泵浦吸收系数对SBS影响的仿真与优化 208
7.8 本章小结 209
参考文献 211