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　　SeeFiberLaser是一款功能強大的光學仿真軟件，能夠幫助用戶寢室對放大自發輻射（ase）、受激拉曼散射（srs）、受激布里淵散射（sbs）、四波混頻（fwm）等非線性效應進行仿真，提高研究的效率。軟件內置了元件庫，可以模擬仿真多個示例工程，讓光學仿真更加方便快捷。

【軟件功能】

　　物理模型，本軟件包含多個光纖激光器模型，根據用戶輸入的參數和考慮的因素自動選擇所使用的物理模型，目前教學測試版開放的是基于速率方程的摻鐿光纖激光器模型，包含了放大自發輻射效應、拉曼散射效應以及熱效應，可以用于計算摻鐿光纖振蕩器和放大器，具體包括彎曲損耗、單(多)波長泵浦、單(多)波長放大、高功率系統中拉曼效應等多種情況。

　　為了模擬光纖激光器中各個波長的演化過程，我們將摻鐿光纖的吸收發射譜等間隔地分割成眾多的分離譜，把每一個分離譜內的激光看作單一波長，并對每個波長建立速率方程，這樣可以考慮各個波長對總增益的影響以及波長之間的競爭，如果計算中包含拉曼效應，則可以分別計算各個波長的拉曼增益。

　　計算中無論是振蕩器還是放大器，在模型兩端都可以設置泵浦光和反饋，該結果作為模型的邊界條件輸入。

　　本模型只考慮光譜各成分的功率演化，不包含相位，因此屬于非相干模型。

　　本模型是標量模型，不考慮偏振效應的影響。

　　數值算法，本版本軟件采用有限差分算法對模型進行數值求解，首先把光纖軸向坐標和光譜網格化，并對物理模型和邊界條件進行離散，將模型轉化為邊值問題，從而利用我們軟件的算法計算出各波長激光沿光纖分布的功率等結果。計算的速度與選取的光纖網格劃分精度有關，選取的網格越精細，計算時間越長，通常光纖的計算步長設置為0.01m，當計算功率較大或者光纖吸收系數較大時，建議適當減小光纖的計算步長(例如0.005m)，以便提高準確性。實際使用中可以通過比較步長減半的兩個結果來判斷計算精度是否符合要求。

　　我們的算法屬于迭代算法，所以計算的精度還與收斂的容忍精度有關，軟件中默認的容忍精度為10-4，實際使用中也可以通過比較容忍精度減半的兩個結果來判斷計算結果是否符合要求。

　　摻鐿光纖吸收發射截面，摻鐿光纖的吸收發射截面是通過外部導入，軟件有一個默認的吸收發射截面參數表，其數值會在摻鐿光纖參數設置界面右上角以圖形顯示，如圖2. 1所示。計算波長的精度是由輸入的吸收發射截面數據精度決定的。該吸收發射截面參數表要求波長間隔相等，默認的參數表里波長間隔為0.2nm。用戶可以將自己測量的結果導入進行計算。吸收發射截面參數表為excel文件，第一列為波長(單位nm)，第二列為吸收截面，第三列為發射截面(單位m2)。當用戶設置的波長間隔小于導入參數列表的波長間隔時，軟件將用與其波長最近的吸收發射截面系數替代。波長間隔同樣會影響計算速度，波長間隔越小計算所需的時間越長，所以波長間隔應根據實際需求合理設置。

　　拉曼增益系數，模型中每個波長的拉曼增益系數表示為即第i個波長給第n個波長的光信號提供的Raman增益(或損耗)，具體表達式：

　　其中

　　為非線性參量，n2為非線性折射率，對于石英光纖，在1微米波段約為2.6×10-20 m2/W;

　　為延遲拉曼響應對非線性極化強度的貢獻比例，在硅基質光纖中一般取0.18;而

　　為延遲拉曼響應函數hR(t)的傅里葉變換，而拉曼響應函數hR(t)的近似解析表達式如下：

　　經推導，可得其傅里葉變換

　　的解析形式如下：

　　在軟件中通過設置

　　就可確定計算中所用的拉曼增益系數，通常在石英光纖中這三個參數變化不大，因此可以直接使用軟件中的默認值。

【軟件特色】

　　在完成了SeeFiberLaser軟件的安裝后，進入軟件安裝目錄，運行文件SFLaser.exe后可以看到軟件的主窗體，

　　軟件的界面包括標題欄、菜單欄、工具欄、基礎原件和組件欄、系統編輯區以及屬性顯示區6個主要部分。軟件以光纖激光器中的基礎元器件為最小模塊，以圖形化的方式在系統編輯區進行模型搭建，雙擊器件圖標可以進入參數設置界面，顯示直觀、參數設置方便。模型搭建好以后，點擊菜單欄中調試→執行，或者直接點擊工具欄中的執行按鈕即可進行計算，計算結果以圖形顯示，可以對圖片進行編輯、保存等處理，同時也支持將計算所得的數據結果保存為Matlab數據格式，極大地方便了廣大用戶對計算結果和數據進行分析。

　　內建組件介紹

　　內建模塊的樹形列表位于軟件窗體的左側，所有的器件將在其中顯示。使用工具欄中的搜索欄可以方便地對所需要的器件進行搜索。

　　軟件總共開放了包括有源器件和無源器件在內的2大類共8種組件：連續泵浦源、連續種子源、雙包層摻鐿光纖、光纖端帽、雙包層光纖光柵、前向泵浦信號合束器、后向泵浦信號合束器和雙包層傳能光纖

　　系統搭建示例

　　基于軟件內置的基本組件，本節將通過構建一個仿真實例的過程來簡要說明SeeFiberLaser軟件的使用方法。為了簡單起見，我們將一步一步構建軟件內置的前向泵浦放大器實例。

　　首先在構建系統之前，我們要明確需要仿真的實驗系統結構圖，采用簡單的一級放大結構，我們可以得到如下結構圖。

　　系統為一級放大器，種子光和泵浦光通過一個(2+1)×1的前向泵浦信號合束器耦合到20/400的雙包層光纖中，雙包層光纖后接光纖端帽輸出。

　　在上圖的結構基礎上，我們可以開始著手搭建仿真系統了，首先打開軟件，我們可以看到工作區域是空白的，在左側的樹形列表中找到“連續泵浦源”、“連續種子源”以及“前向泵浦信號合束器”，并將其拖放至系統編輯區

　　器件的連接需要采用拖拽的方法，在連出端口上點擊鼠標左鍵不要放開，然后將光標拖動至連入端口后松開鼠標左鍵，若連接正確，會彈出設置熔點損耗的窗口

　　在擺放好的組件上雙擊鼠標左鍵即可彈出參數設置界面。在本例中，我們使用種子源默認的光譜文件，注入功率設置為10W;泵浦源采用軟件自帶的975nm泵源光譜，注入功率200W，光譜通道10;摻鐿光纖使用Nufern LMA-YDF-20/400-VIII光纖，長度設置為14m;傳能光纖使用Nufern LMA-GDF-20/400-M，長度設置為2m;光纖端帽的反射率設置為0%。其他參數不變，設置好所有的參數之后，點擊工具欄的執行按鈕(或者點擊調試菜單中的執行)便會彈出計算窗口執行計算

　　計算完成后會有提示計算所用的時間。獲得計算結果的方法有兩種，第一，可以通過雙擊組件圖標來獲得與組件相關的計算結果，例如點擊雙包層摻鐿光纖，則會彈出如下窗口。

　　其二是通過點擊該窗口工具欄上的“顯示所有顯示窗口”按鈕來對需要顯示的結果進行選擇。而在每一個圖形窗口中，都有保存圖片、圖片屬性編輯、數據顯示等功能，方便對所得數據進行保存和處理。

　　至此我們已經完成了對自帶示例“前向泵浦放大器”的復現，更多示例請在軟件主窗口左側的“實驗系統”選項卡打開并參考，實際操作中可以直接基于已搭建好的實驗系統修改參數進行計算，也可以保存自己的實驗系統至“軟件目錄\projects\實驗系統”文件夾中，再次打開軟件后即可在“實驗系統”選項卡中選擇自己搭建的工程項目。另外用戶也可通過文件→打開操作打開之前的實驗系統。