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[原创]RP Fiber Power——输入信道和ASE信道 [复制链接]

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离线小火龙果

工程师

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只看楼主倒序阅读楼主发表于: 2020-04-29

在光纤中传播的每一个光波都由一个所谓的信道来描述，该信道可以是一个输入信道或ASE 信道，其特征在于波长、耦合强度、传播方向等参数。
有两种不同的信道：

输入信道允许注入光功率，例如泵浦功率或信号输入功率。它们有一定的波长，而且（名义上）没有带宽。 k2#|^N
ASE 信道不能有输入。相反，它们由激发的增益介质提供荧光，当然，这也会受到激光增益和任何损耗的影响。 \nTV;@F

在任何情况下，每个信道都有一个特定的传播方向，可以是 forward（值为 1 的预定义变量）或 backward（-1）。

对于以后引用某个信道（例如检索其输出功率），每个信道在定义时都会获得一个参考号。例如，第三个定义的信道获得参考号 3。

在所有信道定义之后，必须调用函数 finish_fiber()。在此之前，不可能调用函数来计算光功率等。

通常，所有信道都是在脚本的开头定义的，并且在计算过程中不进行修改，除了可以修改输入功率。但是，稍后可以通过使用函数 clearchannels()删除所有定义的信道，并再次使用函数定义所有信道来重新定义信道。这可能是可取的，例如，在最初使用较少的ASE 信道进行更近似（但更快）的计算后，最终绘图需要增加 ASE 信道的数量。

特别是在激光中，前向和后向传播信道相互耦合。

通常，光信道中的所有光功率在连续波计算中限制为1 mW，在动态计算中限制为5 mW。在模拟体设备时，这些限制可能是不需要的。在这种情况下，可以将变量 NoPowerLimit设置为非零值以抑制这些限制。

输入信道用函数 addinputchannel()定义。例子：
pump := addinputchannel(P_p_in, l_p, 'I_p', loss_p, backward)

signal := addinputchannel(P_s_in, l_s, 'I_s', loss_s, forward)

变量 pump 和 signal 存储两个信道对应的参考号。我们得到一个参考号为1的反向传播泵浦信道和一个参考号为2的正向传播信号信道。这些值存储在变量中，以便以后访问信道（例如，用于检索功率或修改输入功率）。

函数 addinputchannel()的参数为：

输入功率，如正向传播信号的左光纤端面功率和反向传播泵的右光纤端面功率。
波长（单位：米）
指定模式强度横向依赖性的函数
背景损耗（单位：dB/m）（不包括掺杂剂吸收）
传播方向，可以是 forward 或 backward #veV {,g

模式分布函数（第三个参数）可以用不同的方式定义：

可以指定用户定义函数的名称（例如’I_s’），在大多数情况下，该函数只有一个参数 r，即径向坐标，但如果存在方位角依赖关系，它也可能依赖于 r 和 phi。如果使用函数 set_xy_steps()定义了矩形网格，则强度函数的参数必须是 x 和 y。
如果折射率分布已用 set_n_profile()定义，则还可以引用计算模式函数。例如，对于LP 01 模式，第三个参数可以是’I_lm(0,1)’，对于 cos(phi)依赖的 LP 11 模式，可以是’I_lm(1,1,cos)’。 k7cY^&o
另一种可能是在圆括号中指定参数，后面跟着一个任意的数学表达式。示例：’(r)exp(-2 * (r / w)^2)’ ekmWYQ ~

为以第一种方式定义的强度分布函数的示例，泵浦波如下：

w_p := 5 um

I_p(r) := exp(-2 * (r / w_p)^2)

信道的输入功率稍后可以通过函数 set_P_in(ch, P)进行修改，其中第一个参数是信道号，

第二个参数是新的输入功率。例子：

calc set_P_in(pump, P_p)

修改其他参数也有类似的函数：set_lambda(ch, l)修改波长，set_dlambda(ch, l)修改 ASE信道带宽，set_loss(ch, lo)修改寄生损耗。

ASE信道用函数 addASEchannel()定义。例子：

ASE_fw := addASEchannel(l_s, 10e-9, 1, ’I_s’, 0, forward)

ASE_bw := addASEchannel(l_s, 10e-9, 1, ’I_s’, 0, backward)

结果值是信道参考号，与函数 addinputchannel()的方法相同。参数为：

波长（单位：米）
带宽（单位：米） $TK= :8HY
空间模式的数量（例如，对于具有两个偏振方向的单模光纤，为 2 个） qOnGP{
指定模式强度径向依赖性的函数（有关详细信息，请参阅函数 addinputchannel()的说明） tE-g]y3
背景损耗（单位：dB/m） w8 `1'*HG
传播方向 `46.!

模式强度的函数必须有一个参数 r（仅用于径向相关性）或两个参数 r 和 phi。

ASE 信道没有输入，但由自发辐射提供。

通常，为了正确地对整个 ASE 谱进行采样，有一个完整的 ASE 信道阵列。下面给出了所用代码的示例：

l1_ASE := 960 nm { minimum ASE wavelength }

l2_ASE := 1080 nm { maximum ASE wavelength }

dl_ASE := 5 nm { ASE bandwidth in m }

defarray c_ASE_fw[l1_ASE, l2_ASE, dl_ASE]

defarray c_ASE_bw[l1_ASE, l2_ASE, dl_ASE]

w_ASE := 5.5 um

l_s := 0

I_ASE(r) := exp(-2 * (r / w_ASE)^2)

calc

for l := l1_ASE to l2_ASE step dl_ASE do

begin
c_ASE_fw[l] :=
addASEchannel(l, dl_ASE, 1, 'I_ASE', l_s, forward);
c_ASE_bw[l] :=
addASEchannel(l, dl_ASE, 1, 'I_ASE', l_s, backward);
end;
这里，首先定义了 ASE 波长范围和各个 ASE 信道的宽度。然后定义两个数组来存储所有ASE 信道的参考号。最后，定义了信道。

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