基于SeeFiberLaser的光纤激光建模与仿真

本书对光纤激光器理论模型与仿真算法进行全面归纳总结，并基于SeeFiberLaser软件进行仿真和优化。本书共7章，主要内容包括光纤激光器基本知识、连续光纤激光器理论模型与仿真算法、脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法、单频/窄线宽光纤激光器理论模型、特殊光纤激光器理论模型与仿真算法、SeeFiberLaser主要功能与使用技能、基于SeeFiberLaser的光纤激光器仿真与优化。本书注重基础理论与仿真设计的有机融合，可以作为高等院校光信息科学与技术、光电子技术、光学工程等专业本科生和研究生的教材，也可以作为光纤激光器研发人员的参考书。

第1章光纤激光器基本知识1
1.1光纤激光器概述1
1.1.1光纤激光器简介1
1.1.2光纤激光器发展历程与现状2
1.2光纤光学基本知识7
1.2.1光纤基本参数7
1.2.2光纤中的损耗9
1.2.3光纤中的色散10
1.2.4光纤模式与光束质量特性11
1.3光纤激光原理与基本知识15
1.3.1能级辐射与能级吸收15
1.3.2能级结构与吸收发射截面17
1.3.3光纤激光器基本的速率方程19
1.3.4光纤激光中的主要物理效应24
1.4光纤激光仿真的现状37
1.4.1基于通用编程软件的仿真37
1.4.2基于仿真软件的仿真37
第2章连续光纤激光器理论模型与仿真算法39
2.1连续光纤激光器的速率方程39
2.1.1增益光纤中的速率方程39
2.1.2传能光纤中的功率传输方程41
2.2光纤激光器的边界条件42
2.2.1线性腔光纤振荡器边界条件42
2.2.2线性腔光纤放大器边界条件51
2.2.3环形腔光纤激光器边界条件56
2.3光纤激光器增益光纤温度与热源模型59
2.3.1光纤激光器双包层增益光纤温度模型59
2.3.2光纤激光器双包层增益光纤热源模型61
2.3.3增益光纤热量来源分析61
2.4连续光纤激光稳态速率方程求解算法63
2.4.1差分迭代法求解偏微分方程的基本步骤63
2.4.2速率方程差分迭代法求解偏微分方程的基本步骤64
第3章脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法67
3.1调Q脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法67
3.1.1脉冲光纤激光器速率方程67
3.1.2主动调Q脉冲光纤激光器边界条件69
3.1.3被动调Q脉冲光纤激光器速率方程与边界条件71
3.1.4脉冲光纤激光速率方程求解算法73
3.2锁模脉冲光纤激光器理论模型与仿真算法75
3.2.1锁模脉冲光纤激光器简介75
3.2.2被动锁模环形光纤激光器理论模型76
3.2.3锁模脉冲光纤激光器仿真算法81
第4章单频/窄线宽光纤激光器理论模型82
4.1单频光纤放大器的理论模型82
4.1.1信号光与布里渊斯托克斯光的耦合方程82
4.1.2考虑泵浦和增益后的单频光纤放大器耦合方程83
4.2窄线宽光纤放大器的理论模型85
4.2.1信号光与拉曼斯托克斯光的耦合方程86
4.2.2窄线宽光纤放大器的速率方程87
4.2.3窄线宽光纤放大器的边界条件89
4.2.4窄线宽光纤放大器理论模型中的参数90
第5章特殊光纤激光器理论模型与仿真算法95
5.1超荧光光源理论模型95
5.2拉曼光纤激光器理论模型96
5.2.1拉曼光纤激光器原理96
5.2.2拉曼光纤振荡器边界条件98
5.3分布式随机反馈光纤激光器理论模型99
5.3.1分布式随机反馈光纤激光器简介99
5.3.2分布式随机反馈光纤激光器的速率方程理论100
5.4混合增益光纤激光器理论模型101
5.4.1混合增益光纤激光器原理101
5.4.2混合增益光纤激光器的速率方程理论102
5.5光纤激光器横向模式耦合的理论模型104
5.5.1仅考虑横向模式功率耦合的理论模型104
5.5.2考虑模式分布与模式耦合的理论模型105
5.6超连续谱光源理论模型与仿真算法106
5.6.1超连续谱光源基本原理与理论模型106
5.6.2谱方法求解非线性薛定谔方程109
第6章SeeFiberLaser主要功能与使用技能112
6.1SeeFiberLaser主要功能简介112
6.2SeeFiberLaser主要元器件113
6.2.1连续泵浦源114
6.2.2连续种子源125
6.2.3双包层掺镱光纤125
6.2.4双包层传能光纤134
6.2.5双包层光纤光栅136
6.2.6前向泵浦信号合束器139
6.2.7后向泵浦信号合束器143
6.2.8光纤端帽144
6.2.9调Q开关147
6.2.10方波信号发生器149
6.3仿真实例建模原则150
6.3.1元器件连接规则150
6.3.2系统参数选择的若干原则151
6.4仿真结果存储与查看151
6.4.1仿真结果存储151
6.4.2仿真结果查看153
6.5仿真数据说明157
6.5.1功率数据及物理意义157
6.5.2部分变量含义补充说明161
6.6仿真实例搭建167
6.6.1放大器基本结构167
6.6.2仿真系统搭建168
6.6.3数据显示与存储170
第7章基于SeeFiberLaser的光纤激光器仿真与优化173
7.1掺镱光纤激光振荡器仿真与优化173
7.1.1掺镱光纤长度对输出特性影响的仿真与优化174
7.1.2中心波长对输出特性影响的仿真与优化175
7.1.3低反射光纤光栅反射率对输出特性影响的仿真与优化176
7.1.4泵浦波长对输出特性影响的仿真与优化178
7.21020nm短波和1150nm长波掺镱光纤激光振荡器仿真与优化180
7.2.11020nm短波光纤激光振荡器仿真与优化180
7.2.21150nm长波光纤激光振荡器仿真与优化183
7.3ASE光源仿真与中心波长优化设计185
7.4级联泵浦光纤放大器仿真与优化186
7.4.1掺镱光纤长度对输出功率和SRS影响的仿真187
7.4.2种子功率对SRS影响的仿真189
7.4.3泵浦方式对SRS影响的仿真190
7.4.45kW级联泵浦光纤放大器的优化结构192
7.5拉曼光纤激光器和随机光纤激光器仿真与优化193
7.5.1拉曼光纤激光器的仿真与优化193
7.5.2随机光纤激光器的仿真与优化196
7.6锁模脉冲光纤激光器仿真与不同脉冲优化197
7.6.1孤子脉冲198
7.6.2耗散孤子共振200
7.6.3耗散孤子脉冲分裂202
7.6.4飞秒脉冲激光产生204
7.7单频光纤放大器仿真与优化206
7.7.1掺镱光纤长度对SBS影响的仿真与优化207
7.7.2掺镱光纤泵浦吸收系数对SBS影响的仿真与优化208
7.8本章小结209
参考文献211