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RP Fiber Power: Simulations- und Design-Software für Faseroptik, Faserverstärker und Faserlaser

Praktische Eingabeformulare, hoch flexible Skriptsprache, ausgereifte Tools

RP Fiber Power ist extrem leistungsfähig, trotzdem aber sehr leicht zu bedienen – vor allem seit Version V8, die ein neues Feature bietet:

Power Forms

Power Forms sind Formulare für physikalische Simulationen, die in RP Fiber Power V8 eingeführt wurden. Die grundlegenden Features:

• Sie können selbst komplexe Simulationen (z. B. für mehrstufige Faserverstärkersysteme mit mehreren Pumpquellen und Signal-Inputs) aufstellen – ohne irgendetwas programmieren zu müssen!
• Die Formulare sind sehr schön ausgearbeitet und sorgfältige dokumentiert.
• Bei Bedarf können Sie die Formulare noch erweitern – oder Sie lassen uns das im Rahmen des technischen Supports erledigen!

Wählen Sie einfach eines der Formulare aus, drücken Sie Start um es anzuzeigen, tragen Sie Ihre Eingabedaten ein und starten Sie die Berechnungen, um numerische Resultate wie auch Diagramme zu erhalten!

Power Forms sind technisch gesehen Custom Forms wie im folgenden Abschnitt beschrieben – aber sehr viel detaillierter ausgearbeitet also unsere Demo-Dateien.

Custom Forms: Maßgeschneiderte Formulare

Seit der Version V6 gibt es in RP Fiber Power die Möglichkeit, maßgeschneiderte Formulare zu erstellen. Diese sind nicht in der Software fest kodiert, sondern werden innerhalb eines Skripts definiert. Viele der mitgelieferten Demo-Dateien enthalten solche Formulare. Hier sehen Sie ein Beispiel:

Die Handhabung solcher Formulare ist einfach. Sie können die Formulare wie auch die durchgeführten Berechnungen beliebig selbst abändern. Ebenso können Sie völlig neue Formulare und Berechnungen entwickeln. (Dies können Sie auch durch den technischen Support für sich erledigen lassen.) Auf diese Weise enthalten Sie Formulare und Berechnungen, die ganz auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind!

Beachten Sie, dass Softwareprodukte anderer Hersteller in der Regel nur fest vorgegebene Formulare anbieten. Sie müssen dann hoffen, dass diese auch all Ihre Bedürfnisse erfüllen werden.

Siehe auch eine separate Seite, die maßgeschneiderte Formulare im Detail erklärt.

Steuerung mit Skripten

Die enorme Flexibilität unserer Software resultiert im Wesentlichen aus ihrer leistungsfähigen Skriptsprache.

Das Eingabeskript (eine Textdatei), welches in einem eingebauten Editor bearbeitet werden kann, kann folgende Angaben enthalten:

• Definition von Faserlänge, Dotierungsprofilen, Modenfeldern, Eingangsleistungen, etc.
• Details für die grafische Ausgabe der Resultate (siehe unten), meist in Form von Funktions-Plots
• Kommandos für die flexible Eingabe oder Ausgabe in Textform, z. B. im CSV-Format, für den Datenaustausch mit anderen Programmen
• soweit benötigt, diverse mathematische Berechnungen, z. B. für die automatische Berechnung von Modenprofilen aus den Faserparametern

Ein einfaches Skript enthält alles Nötige, einschließlich der Eingabeparameter. Obwohl es einfach ist, diese im Skript zu editieren, ist es oft praktischer, auch noch ein Formular im Skript zu definieren, mit dem man die Eingabewerte editieren und auch Ausgaben inspizieren kann. Diese Art der Benutzung wurde bereits oben beschrieben (Modus 2).

Mehr zum Scripting

Sie werden schnell die vielfältigen Vorteile des Skript-Ansatzes (Modus 2 oder 3) zu schätzen lernen:

• Sie können einfach Teile der gelieferten Demo-Dateien (oder Ihrer älteren Skripte) kopieren, um Code wiederzuverwenden.
• In komplizierten Fällen kann RP Photonics Ihnen die benötigten Skriptzeilen zusenden.
• Der Ansatz einer Skriptsprache ist extrem flexibel. Er erlaubt Ihnen beispielsweise, Parameter systematisch zu variieren, Daten in verschiedenen Formaten zu importieren oder exportieren, neue Typen von Grafiken zu erstellen oder Ein- und Ausgabedaten mathematisch zu verarbeiten. Im Falle unerwarteten Verhaltens hilft Ihnen ein leistungsfähiger Debugger, das Problem zu beheben.
• Ein Skript dokumentiert Ihre Arbeit. Wenn Sie es später lesen, sehen Sie sofort, was Sie getan haben. Sie müssen nicht mehr erinnern, welche Einstellungen Sie in welchem Formular vorgenommen haben.

Ein raffiniertes Feature: Wenn Sie ein Standard-Formular benutzen (siehe oben), erzeugt die Software automatisch ein Skript basierend auf Ihren Eingaben im Formular, für dieses aus und zeigt die Resultate an. Sie können das erzeugte Skript auch abspeichern und weiter entwickeln. Dies bedeutet, dass Sie es einfach finden werden, von Formularen auf das flexible Scripting umzusteigen!

Die Skriptsprache

Die Skriptsprache ist sehr leistungsfähig und trotzdem ziemlich einfach verständlich. Als ein Beispiel definiert der folgende Code je einen Pump- und Signalkanal für ein Verstärker-Modell:

; Pump:
l_p := 980 nm  { pump wavelength }
P_p_in := 500 mW  { pump power }
w_p := 5 um  { mode radius }
I_p(r) := exp(-2 * (r / w_p)^2)  { Gaussian pump intensity profile }

; Signal:
P_s_in := 1 mW  { signal input }
l_s := 1550 nm  { signal wavelength }
w_s := 6 um  { mode radius }
I_s(r) := exp(-2 * (r / w_s)^2)  { Gaussian signal intensity profile }

; Channel definitions:
pump := addinputchannel(P_p_in, l_p, 'I_p', 0, backward)
signal := addinputchannel(P_s_in, l_s, 'I_s', 0, forward)

Als ein weiteres Beispiel definiert der folgende Code ein Diagramm, in welchem die optischen Leistungen und die Anregungsdichte der Laserionen in Abhängigkeit von der Position in der Faser dargestellt werden:

diagram 1:

x: 0, L_f
"position in the fiber (m)", @x
y: 0, 2
frame

f: P(pump, x), color = red, width = 3, "pump power (W)"
f: P(signal, x), color = blue, width = 3, "signal power (W)"
f: n(x, 2), style = dotted, "upper-state population"

Es ist einfach, in schön formatierter Form zusätzliche interessierende Größen anzuzeigen, z. B. in der praktischen “Output Area” oder innerhalb eines Grafik-Fensters. Als Beispiel können wir wie folgt die Signal-Verstärkung (im Einfachdurchgang) und die Raman-Verstärkung (zwecks Überprüfung, ob stimulierte Raman-Streuung stark wird) anzeigen:

show "Signal gain: ", sp_gain(signal_fw):f1:"dB"
g_R := 1e-13  { peak Raman gain coefficient of silica in m / W }
A_eff := pi * w_s^2  { effective mode area }
show "Raman gain: ", 4.34 * (g_R / A_eff) * int(P(signal_fw, z), z := 0 to L_f step dL):f1:"dB"

Selbst ziemlich komplizierte Dinge können mit ein paar Skriptzeilen eingerichtet werden. Mehr Details finden Sie auf unserer Seite über die Skriptsprache.

Leistungsfähige Werkzeuge für effiziente Skript-Entwicklung

Für die Entwicklung von Skriptcode bietet die Software leistungsfähige Editoren und zusätzliche Tools. Hier sehen Sie einen Editor:

Einige sehr nützliche Features dieser Editoren:

• Multilevel undo/redo: Sie können mehrere Änderungen im Text schrittweise rückgängig machen oder doch wieder anwenden.
• Syntax highlighting: erkannte Namen von Befehlen oder Funktionen, Schlüsselworte und Kommentare werden mit unterschiedlichen Farben angezeigt. Dies erleichtert sehr die Erkennung der Struktur.
• Parameter-Hilfe: Wenn Sie einen Funktionsnamen gefolgt von einer öffnenden Klammer eintippen, zeigt der Editor Infomationen über die benötigte Parameterliste an. Damit wird es wesentlich einfacher, hunderte von Funktionen zu nutzen.
• Syntaxprüfung: Sie können die Syntax eines Skripts schnell überprüfen lassen, ohne es auszuführen.
• Code snippets library: Sie können ganz einfach häufig benötigte Code-Teile in Ihr Skript einfügen (siehe das Bild unten). Dies ist wesentlich praktischer, als beispielsweise Code-Teile in der Dokumentation oder den Demo-Dateien zu suchen. Nutzer können auch eigenen Code in die Library einfügen.

Grafische Ausgabe

Ihre Skript und Formulare können verschiedene Typen von Grafiken zur Visualisierung der Resultate erzeugen. Beispiele werden gezeigt auf den Seiten, die konkrete Beispiel-Modelle beschreiben. Jedes Diagramm wird normalerweise in einem eigenen Fenster gezeigt. Es ist ebenfalls möglich, viele Versionen eines Diagramms (z. B. eine für jede Mode einer Faser) in einem einzigen Fenster anzuzeigen.

Die Grafik-Fenster haben etliche sehr nützliche Features:

• Messung von Positionen und Distanzen mit zwei Cursorn
• Abspeicherung der Grafik im PNG- oder GIF-Format
• Export numerischer Daten
• Kopieren der Grafik in die Windows-Zwischenablage
• Zurückholen der Grafik der letzten Berechnung, um Unterschiede deutlich zu sehen
• Blättern in mehrfachen Versionen einer Grafik, beispielsweise für unterschiedliche Moden einer Faser oder mehrere Verstärkerstufen

Das folgende Diagramm zeigt die räumliche und spektrale Verteilung von ASE und einem schwachen verstärkten Signal bei 1030 nm in einem Yb-dotierten Faserverstärker, der bei 920 nm gepumpt wird.

Solche Grafiken zeigen auf direkteste Weise Phänomene, die man ohne ein solches Modell und geeignete Software leicht übersehen hätte.

Eine Anzahl von Standard-Diagramm kann mit den interaktiven Formularen erzeugt werden – füllen Sie einfach ein paar Formularfelder aus. Jedoch können Sie jede andere Art von Diagramm mit Hilfe der leistungsfähigen Skriptsprache erzeugen – Sie sind keineswegs auf die Arten von Diagrammen beschränkt, die der Entwickler sich so vorgestellt hat.

Beam Profile Viewer

RP Fiber Power bietet einen interaktiven Viewer für Strahlprofile an, der für die Inspektion von Strahlprofilen sehr praktisch ist. Sie können einfach z. B. zwischen der xy-, xz- und yz-Ebene umschalten, zwischen verschiedenen Wellen, dem realen Raum und dem Fourier-Raum, die Skalierung verändern, etc.

Diese Features sind besonders nützlich in der Explorationsphase, wenn Sie die Details der Wellenausbreitung verstehen wollen und nicht durch technische Details der Erzeugung von Diagrammen abgelenkt werden möchten.

Interaktives Fenster für ultrakurze Pulse

Mit diesem Fenster können Sie die Details bei der Ausbreitung ultrakurzer Pulse in einer Faser inspizieren. Wählen Sie einfach eine Position in der Faser (oder durchsuchen Sie vorher gespeicherte Pulse), und schon können Sie viele Eigenschaften des Pulses in der zeitlichen und der Frequenzdomäne anzeigen – sogar bevor die gesamte Simulation beendet ist.

Mit diesem extrem praktischen Werkzeug können Sie sogar komplizierte Pulsformungs­prozesse schnell analysieren.

Umfassende Dokumentation

RP Fiber Power ist mit einer detailliert ausgearbeiteten Dokumentation versehen, die Ihnen einen schnellen Start und eine effiziente Arbeit auch beim Erstellen raffinierter Modelle ermöglicht:

• Zunächst gibt es ein Manual im PDF-Format, das detailliert (auf über 170 Seiten) alles Wichtige erklärt: die Prinzipien des physikalischen Modells, die Bedieneroberfläche, die Skriptsprache, etc. (Für einen ersten Eindruck können Sie den Anfang des Manuals von RP Fiber Power mit dem Inhaltsverzeichnis herunterladen.)
• Die zusätzliche kontextsensitive Hilfefunktion (stark verbessert in 03/2023, nun mit Ihrem Webbrowser dargestellt) ist sogar noch detaillierter. Das Bild unten gibt Ihnen einen Eindruck.

Technischer Support

Falls es noch irgendwelche Schwierigkeiten gibt, können diese mit dem technischen Support effizient angegangen werden. Wir stellen sicher, dass Ihre Probleme schnell gelöst werden.