RP Fiber Power: Simulations- und Design-Software für Faseroptik, Faserverstärker und Faserlaser
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Beispiel: Stimulierte Raman-Streuung in einem Faserverstärker
Beschreibung des Modells
Wir simulieren die Ausbreitung ultrakurzer Pulse in einem Faserverstärker, wo die starke Nichtlinearität bereits zu stimulierter Ramanstreuung (SRS) führt. Das Modell ist ähnlich dem für die parabolischen Pulse, außer dass die Faser länger ist und die Pulsparameter anders sind.
Beachten Sie, dass man für diese Anwendung auch eine schöne Power Form einsetzen könnte – nur ein Formular ausfüllen, keine Notwendigkeit für eigenes Scripting!
Ergebnisse
Abbildung 1 zeigt den verstärkten Puls in der zeitlichen Domäne. Vor allem der führende Teil zeigt starke Oszillationen. Diese resultieren von der Überlagerung des ursprünglichen Teils des Pulsspektrums mit dem Raman-verschobenen Teil.
Abbildung 2 zeigt das Pulsspektrum. (Zum Vergleich wird als gestrichelte Kurve das schmale Spektrum der Eingangs-Pulse bei 1040 nm gezeigt, wobei die Pulsenergie 30-fach verstärkt wurde.) Ein guter Teil der Pulsenergie ist durch die Ramanstreuung in den längeren Wellenlängenbereich bei 1080–1120 nm verschoben worden. Beachten Sie, dass wiederholte Simulationsläufe in diesem Bereich etwas unterschiedliche Strukturen zeigen, da die Raman-Streuung von zufälligen Quantenfluktuationen beeinflusst wird.
Abbildung 3 zeigt das Spektrogramm des verstärkten Pulses. Der ursprüngliche Anteil zeigt einen “Up-Chirp” aufgrund der normalen chromatischen Dispersion der Faser, während der Raman-verschobenen Anteil eine irreguläre Struktur hat.
Abbildung 4 zeigt, wie sich das Pulsspektrum in der Faser entwickelt. Zum rechten Ende hin wird es immer breiter (hauptsächlich wegen der Selbstphasenmodulation), und im letzten Teil setzt starke Ramanstreuung ein. Man kann sehen, wie dieser Effekt vor allem den längerwelligen Anteil des Pulses “verschluckt”. Dies liegt daran, dass die kurzwelligeren Anteile aufgrund der Dispersion etwas langsamer propagieren und deswegen den zeitlichen Überlapp mit dem Raman-verschobenen Anteil verlieren. (Aus ähnlichen Gründen kann man in Abbildung 1 sehen, dass der hintere Teil des Pulses in der Zeitdomäne kaum von SRS betroffen ist.)
Beachten Sie, dass die Pulsausbreitung stark von diversen Parametern abhängt. Beispielsweise kann bei Femtosekunden-Pulsen, die ein breiteres Spektrum aufweisen, die Ramanstreuung innerhalb dieses Spektrums wirken. Das hat zur Folge, dass der Einfluss von Quantenfluktuationen stark abnimmt; die Wechselwirkung wird wesentlich deterministischer. In anderen Fällen ist die Dispersion anders, was die Wechselwirkung ebenfalls stark ändern kann.