RP Fiber Power – Simulations- und Designsoftware für Faseroptik, Faserverstärker und Faserlaser

Berechnung von Fasermoden

Die Software enthält einen hocheffizienten Mode-Solver, der die Intensitätsprofile, effektiven Modenflächen, cut-off-Wellenlängen, Propagationskonstanten etc. für alle Faser­moden aus einem gegebenen radialsymmetrischen Brechungsindexprofil berechnen kann. Dies ist funktioniert selbst in Fällen mit tausenden von Moden bestens.

Der Mode-Solver kommt beispielsweise zum Einsatz in Fallstudien über die Moden einer Gradientenindex­faser, die Modenstruktur von vielmodigen Fasern oder Dispersion-Optimierung von Telekomfasern.

Numerische Strahlpropagation

RP Fiber Power kann optische Felder mit beliebigen komplexen Amplitudenverteilungen durch Fasern oder andere Wellenleiter propagieren, wobei beliebige (schwach führende) Brechungsindexprofile definiert werden können. Die Faser kann gebogen sein (mit beliebig variierendem Biegeradius), ausgezogen werden, beliebige Brechungsindexfluktuationen aufweisen, etc. – es gibt eine enorme Vielfalt von Möglichkeiten z. B. für Forschungsprojekte.

Fallstudien befassen sich mit der Ausbreitung von Licht für einen fehljustierten Eingangsstrahl, die Pumpabsorption in Doppelkernfasern und das Verhalten von Licht in einer verjüngten Region einer Faser.

Laser-aktive Ionen

Für die Simulation von Faserlasern und Faserverstärkern muss das detaillierte Verhalten laseraktiver Ionen simuliert werden.

Man kann beliebige Niveauschemas von laseraktiven Ionen definieren und eine große Spanne von Prozessen für Übergänge zwischen diesen Niveaus definieren. Dadurch ist die Software für praktisch alle laseraktiven Ionen (Nd³⁺, Yb³⁺, Er³⁺, Tm³⁺, Pr³⁺, …) und Pump-Methoden anwendbar. Sie kann sogar Fälle mit einer Kombination verschiedener Ionen (z. B. Yb³⁺ und Er³⁺) oder mit komplizierten Quenching-Prozessen be­rechnen. Ebenfalls können Upconversion-Laser verschie­dener Arten modelliert werden.

Mehrfache Pumpquellen, Signale und ASE

Sie können eine große Zahl sogenannter optischer Kanäle definieren für Pumpwellen, Signale und ver­stärkte Spontanemission (ASE). Jeder Kanal kann ent­weder eine einzelne Fasermode repräsentieren oder eine (womöglich große) Zusammenfassung von Moden. Sie können seine transversale Intensitätsverteilung belie­big definieren, oder einfach die berechneten Intensitäts­profi­le der Moden verwenden. Die Software ist auch für Doppelkernfasern geeignet. Für Laser sind sowohl lineare Resonatoren als auch Ringresonatoren möglich.

Die Software kann die Verteilung all der optischen Leis­tungen und der Anregungsdichten der Ionen im stationären Zustand (und in dynamischen Modellen, siehe unten) mit beeindruckender Geschwindigkeit und mit hoher Verlässlichkeit berechnen. Die ausgefeilten Algorithmen ermöglichen das auch in komplizierten Fällen. (Mit anderer Software könnten Sie leicht ein Mehrfaches an Rechenzeit benötigen und in komplizierteren Situationen Konvergenzprobleme bekommen.)

Siehe auch unser Demo-Video zu Faserverstärkern und Faserlasern.

Dynamische Simulationen

Die Software kann auch die zeitliche Entwicklung der optischen Leistungen und Anregungsdichten simulieren. Beispielsweise kann die Verzerrung einer Pulsform durch Verstärkungssättigung in einem Verstärker simuliert werden. Ebenfalls können Sie damit die Pulserzeugung in einem gütegeschalteten Faserlaser oder auch Bulk-Laser simulieren. Dynamische Simulation können sowohl einfach für die optischen Leistungen als auch für die gesamten Strahlprofile durchgeführt werden.

All dies ist möglich mit einer extrem großen Flexibilität. Beispielsweise können Sie die Zeitabhängigkeiten der Leistungen von Pumpwellen und Signal-Inputs beliebig definieren, und Sie können die Resultate darstellen, wie immer Sie es brauchen: Zeigen Sie den Verlauf der Werte innerhalb eines Pulses, die Entwicklung der Parameter über viele aufeinanderfolgende Pulse, etc.

Propagation ultrakurzer Pulse

Die Software kann die Propagation ultrakurzer Lichtpulse in passiven und aktiven Fasern simulieren, ebenso in anderen optischen Komponenten wie spektralen Filtern, automatisch optimierten dispersiven Kompressoren, Paaren von Prismen oder Beugungsgittern, Modulatoren und sättigbaren Absorbern. Daher kann man nicht nur die Verstärkung im Einfachdurchgang durch einen Faserverstärker oder die Datenübertragung in einem Telekom-Kabel simulieren, sondern z. B. auch die Entwicklung der Pulse in Chirped-Pulse-Verstärkern, modengekoppelten Faserlasern, regenerativen Verstärkern und Interferometern. Das interaktive Pulsanzeige­fenster erlaubt es einem, auf praktische Weise alle Details der Pulse zu inspizieren.

Die zeitlichen und spektralen Eigen­schaften der Pulse können sich entwickeln unter dem Einfluss beliebiger chromatischer Dispersion (die vom mode solver ermittelt werden kann), der Kerr-Nichtlinearität, stimulierter Raman-Streuung (SRS) und Laserverstärkung (auch mit Sättigung). Self-steepening kann berücksichtigt werden; sogar Superkontinuum-Erzeugung kann simu­liert werden. Ein ausgefeilter numerischer Algorithmus mit automatischer Schrittweiten­kontrolle stellt eine hohe Genauigkeit bei hoher Geschwindigkeit sicher.