RP 系列 | 使用 RP RP Fiber Power 软件进行超短脉冲仿真

; Parameters:
l_s := 1060 nm  { center wavelength }
T_range := 25 ps  { width of temporal range }
N_t := 2^10  { number of grid points }
dt := T_range / N_t  { temporal resolution }
E0 := 10 nJ  { initial pulse energy }
tau0 := 1 ps  { initial pulse duration }
chirp0 := 0 GHz / ps  { initial chirp }
 
calc  { evaluate the following composite expression }
  begin
  set_pulse_grid(T_range, N_t, l_s);  { define the pulse grid }
  startpulse_G(E0, tau0, chirp0);  { generate the start pulse }
  end

calc  { define the fibers }
  begin
    { active fiber: }
    set_device(1);
    set_fiber(L_active, 20, 'Yb');
    add_ring(r_co, N_Yb);
    pump := addinputchannel(P_pump_in, l_p, 'I_p', 0, forward);
    signal_active_fw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', 0, forward);
    signal_active_bw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', 0, backward);
    set_GVD(GVD_af);
    set_n2(n2_f);  { nonlinear index }
    finish_fiber();
    { passive fiber: }
    set_device(2);
    set_fiber(L_passive, 5, '-');
    signal_passive_fw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', 0, forward);
    signal_passive_bw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', 0, backward);
    set_GVD(GVD_pf);
    set_n2(n2_f);  { nonlinear index }
    finish_fiber();
  end;

DoResonatorRoundTrip() := 
  { Simulate one resonator round-trip of the pulse. }
  begin
    global allow all;
    pp_multiply_expr_f('r_FBG%(f)');
      { fiber Bragg grating as output coupler }
    pp_fiber(1, signal_active_fw);  { active fiber }
    pp_fiber(2, signal_passive_fw);  { passive fiber }
    pp_sat_abs(dR_S, tau_S, E_sat_S);  { SESAM }
    pp_loss(loss_S);  { loss in SESAM }
    pp_fiber(2, signal_passive_bw);  { passive fiber }
    pp_fiber(1, signal_active_bw);  { active fiber }
    pp_center(1);  { center the pulse }
    calc_dyn(0, T_rt, T_rt);
      { dynamical simulation of gain recovery }
  end

请注意，我们的示例基于线性谐振器，在到达另一端（SESAM，可饱和吸收器）之后，我们一直回到初始位置。当然，我们函数中使用的各种参数必须在其他地方定义。

最后一个函数调用在一个往返时间内模拟光纤的泵送，以补充存储的能量。

此后，很容易模拟一些往返行程并在这些之后显示腔内脉冲的一些参数：

在这里，我们还存储了所有脉冲，以便以后可以调用它们进行其他计算和生成图表，还可以使用交互式脉冲显示窗口检查它们。

这里显示的简单方法实际上存在一个问题：通常需要进行大量往返操作，直到光纤的增益稳定在最终水平。本质上，存在弛豫振荡只有经过大量往返之后，这些信息才会消失。如果您想学习这些，那就很好了。但是，如果要快速找到稳定状态，则可以应用一些其他技巧：使用几行代码（此处未显示），您可以在每次往返过程中根据脉冲能量重新计算光纤的增益-只需好像增益可以立即做出响应。这样，您可以有效地抑制张弛振荡，并更快地获得最终结果。另一种可能性是人为地将增益饱和度大幅度提高（例如100），同时将有效脉冲重复频率降低相同因子。这将非常有效地加速弛豫振荡，从而极大地节省了计算时间。当然，

另一个问题是您可能不确定要达到稳定状态需要往返多少次。因此，您可能需要定义一个模拟往返的函数，直到基本的脉冲属性（能量，持续时间，带宽）不再实质改变为止：

"Variation of Pump Power"
 
x: 400, 600
"pump power (mW)", @x
y: 0, 20
frame
 
! for x := CS_x1 to CS_x2 step 20 do
  begin
    set_device(1);  { active fiber }
    set_P_in(pump, x * mW);
    if FindSteadyState(0.01, 1000) then
    begin
      point(x + i * E_p() / nJ, "R");
        { filled rectangle for pulse energy in nJ }
      point(x + i * tau_p() / ps, "t");
        { open triangle for pulse duration in ps }
    end;
  end

• 考虑一个由种子激光器的连续脉冲序列馈送的放大器系统。同样，您可以模拟脉冲能量如何向稳态发展。您还可以研究，例如，如果您在脉冲之间有随机的时间间隔，或者只是缺少一些脉冲，或者是一系列脉冲串，或者泵浦功率或种子脉冲的特性发生波动等，那么它是如何波动的。

• 甲再生放大器工作使得一个有时注入种子脉冲，然后让它在演变一定数量往返，然后喷射它。在抽运放大器晶体一段时间后，可以执行下一个放大周期。在这里，可以轻松实现一种功能，该功能可以在给定数量的谐振器往返行程下模拟完整的放大周期。同样，可以使用一种函数来模拟这种放大循环，直到达到稳态为止。有些系统会出现分叉甚至混乱的情况，请参阅一些在线示例案例。

• pp_dispersion（）用于应用色散       高达4阶
• pp_multiply_expr_f（）用于将脉冲的频域幅度乘以与频率相关的因子，
  例如，用于施加任意色散（相移）或带通滤波器；可以在时域中完成类似
  的操作，例如对于光调制器
• pp_prism_pair（）和pp_grating_pair（）用于分别使用给定参数
  （例如间距，每毫米的行数等）应用棱镜对或光栅对的色散。
• pp_compress（）用于自动优化的色散压缩器（最高4阶）
• pp_noise（）用于添加一些随机噪声
• pp_SPM（）用于具有自相位调制的光学元件
• pp_add_pulse（）用于相干地添加脉冲，例如在干涉仪的模拟中或附加
  脉冲模式锁定中