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

Power Form: Passive Faser für Ultrakurze Pulse

Diese Power Form erlaubt die Simulation der Propagation ultrakurzer Pulse in einer passiven Faser, oder in einer Folge solcher Fasern.

Dies könnte man im Prinzip auch mit der Power Form for Verstärker erreichen, indem man die Dotierungskonzentration der aktiven Faser(n) auf null setzt, aber es ist praktischer mit diesem einfacheren Formular.

Demo-Video

Eine unserer Fallstudien ist mit der hier beschriebenen Power Form durchgeführt worden:

Grundlegende Eigenschaften des Modells

• Passive Fasern: Wir haben eine Folge von bis zu fünf passiven Fasern. Jede Faser kann ausgewählt werden oder auch nicht; im letzteren Fall gehen die Pulse nicht durch diese Faser.
• Eingangs-Puls: Wir können einen ultrakurzen Puls auf verschiedene Weisen definieren, etwa über Parameter wie Pulsenergie, Pulsdauer, zeitliche Form und Chirp. Man kann einen Puls auch aus einer Datei laden.
• Faserparameter: Man gibt zunächst grundlegende Daten wie Faserlänge und Kerndurchmesser an. Das transversale Modenprofil kann auf verschiedene Weisen festgelegt werden: manuell bestimmt oder über berechneten Moden aus einem Brechungsindex- oder Dotierungsprofil.
• Dispersion und Nichtlinearitäten: Man kann wellenlängenabhängige Dispersion festlegen, die in den Fasern und zwischen ihnen wirkt. Bei Eingabe eines Dotierungsprofils kann die Dispersion auch automatisch berechnet werden. Nichtlinearitäten bis hin zu einer verzögert wirkenden nichtlinearen Antwort (für Ramanstreuung) können eingegeben werden.
• Koppelverluste: Nach jeder Stufe (und nach der Eingangs-Signalquelle) kann man wellenlängenabhängige Koppelverluste einfügen, z. B. um ein Filter zu simulieren.

Details der Eingangssignale

Hier können Sie den Puls definieren, der in die erste Faser geschickt wird. Außerdem legt man das numerische Feld fest, auf dem die Pulse in der Zeit- und Frequenzdomäne repräsentiert werden.

Oft wird man ein gaußförmiges, sech²- oder lorentzförmiges Profil wählen, ggf. auch kombiniert mit einem Chirp, aber man kann Pulsprofil auch beliebig in der Zeit- oder Frequenzdomäne definieren:

Fasern

Man kann eine Folge von bis zu fünf passiven Fasern definieren, jede mit ihren eigenen Eigenschaften:

Die Details der Fasermoden können auf drei verschiedene Weisen definiert werden:

• Manual input: Hier gibt man den Modenradius (für ein Gauß- oder Rechteckprofil) ein und legt die chromatische Dispersion fest – entweder direkt (als GVD) oder indirekt über den effektiven Brechungsindex als Funktion der Wellenlänge.
• Refractive index profile: Man kann ein Brechungsindexprofil auf verschiedene Weisen definieren. Die Modenprofile werden daraus berechnet, und eine der Moden wählt man für die Pulspropagation aus. Zusätzlich kann man die Dispersion wie oben eingeben.
• Doping profile of a germanosilicate fiber: Hier wird das wellenlängenabhängige Brechnungsindexprofil durch ein Dotierungsprofil einer Germanosilikatfaser festgelegt. Die chromatische Dispersion wird daraus automatisch berechnet.

Diagramme

Zusätzlich zu diversen numerischen Ausgabewerten im Formular und in der “Output Area” auf der rechten Seite haben Sie eine Auswahl von etlichen Diagrammen:

Die Diagramme sind auch konfigurierbar; beispielsweise können Sie oft eine dBm-Skala statt einer linearen Skala für Leistungen verwenden.

Die Diagramme sind im Formular wie folgt gruppiert:

• Input diagrams: hauptsächlich nützlich, um Ihre Eingabedaten zu überprüfen
• Mode diagrams: Anzeige diverser Modeneigenschaften
• Output diagrams: Anzeige diverser Eigenschaften der simulierten Pulse
• Variation diagrams: Diagramme, bei denen jeweils ein Parameter des Systems in einem gegebenen Bereich variiert wird. Beispielsweise können Sie die Pumpwellenlänge einer Verstärkerstufe variieren, um deren Einfluss auf die Performance zu ermitteln.

Jedes Diagramm bietet die Option, noch zusätzlichen Skriptcode einzufügen, der dann direkt nach dem Code für die Erstellung des Diagramms ausgeführt wird. Damit kann man etwa zusätzliche Kurven, Linien oder Beschriftungen einfügen, oder auch Daten in eine Datei schreiben. Hierbei helfen wir Ihnen gerne im Rahmen des technischen Supports.

Als Beispiel betrachten wir die Anzeige von Pulsen innerhalb der Faser, dargestellt in der zeitlichen und Frequenzdomäne:

Wir können auch Spektrogramme erzeugen:

Eine weitere Möglichkeit ist ein Farbdiagramm für die Entwicklung der zeitlichen oder spektralen Form innerhalb der Faser:

Wir können auch sehen, wie sich diverse Pulsparameter entlang einer Faser entwickeln:

Fallstudien

Wir haben die folgenden Fallstudien, für die wir diese Power Form verwendeten:

Siehe auch: Überblick über die Power Forms