用 RP Fiber Power 软件设计镱掺杂光纤激光器 | RP 系列

L_f := 2                  ; 光纤长度（单位：米）No_z_steps := 100         ; 沿光纤方向的计算步数w_core := 3.45um          ; 光纤纤芯半径（单位：微米）N_Yb := 15e24             ; 掺镱（Yb）离子浓度（单位：离子数/立方米）

l_p := 940 nm             ; 泵浦光波长（单位：纳米）dir_p := forward          ; 泵浦光传输方向（正向）P_pump_in := 500 mW       ; 输入泵浦光功率（单位：毫瓦）w_p := 3.8 um             ; 泵浦光光斑半径（单位：微米）I_p(r) := exp(-2 * (r / w_p)^2)  ; 泵浦光横向强度分布（高斯分布）loss_p := 0               ; 泵浦光传输损耗（单位：dB/m，0表示无损耗）

l_s := 1040 nm                     ; 信号光波长（单位：纳米）w_s := 4 um                         ; 信号光光斑半径（单位：微米）I_s(r) := exp(-2 * (r / w_s)^2)  ; 信号光横向强度分布（高斯分布）loss_s := 0                       ; 信号光传输损耗（单位：dB/m，0表示无损耗）R_f := 0.04                            ; 输出端反射率（4%）

def_model() :=            ; 定义光纤模型的函数 begin  global allow all;      ; 允许全局变量访问    set_fiber(L_f, No_z_steps, 'Yb');  ; 设置光纤长度、步数和掺杂离子类型    add_ring(w_core, N_Yb);  ; 在纤芯区域添加掺镱离子    pump := addinputchannel(P_pump_in, l_p, 'I_p', loss_p, dir_p);  ; 添加泵浦光通道    signal_fw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', loss_s, forward);   ; 添加正向信号光（初始功率为0）    signal_bw := addinputchannel(0, l_s, 'I_s', loss_s, backward);  ; 添加反向信号光（初始功率为0）    set_R(signal_fw, 1, R_f);  ; 设置正向信号光在输出端（位置1）的反射率    finish_fiber();        ; 完成光纤模型定义  end;calc def_model()          ; 调用函数计算光纤模型

show "pump:   ", P_out(pump):d3:"W"      ; 显示输出泵浦光功率（单位：瓦）show "output: ", P_out(signal_fw):d3:"W"  ; 显示输出信号光功率（单位：瓦）show "G_signal:  ", sp_gain(signal_fw):d3:np:"dB"  ; 显示信号光增益（单位：dB）

x_max := 20um            ; 横向x方向计算范围（单位：微米）N_x := 2^6               ; x方向网格点数（64点）y_max := 20um            ; 横向y方向计算范围（单位：微米）N_y := 2^6               ; y方向网格点数（64点）z_max := 10mm            ; 纵向传播距离（单位：毫米）dz := 10um               ; 纵向步长（单位：微米）N_z := Round(z_max / dz) ; 纵向步数（计算得出）N_s := 1                 ; 模式数量（单模）calc  begin    lambda_bp := 1040nm;  ; 光束传播模拟的波长（与信号光一致）    bp_set_grid(x_max, N_x, y_max, N_y, z_max, N_z, N_s);  ; 设置计算网格    bp_define_channel(lambda_bp);  ; 定义光束传播通道  bp_set_n('1.44+(if x^2+y^2<5e-6^2 then 0.1)');  ; 折射率分布（纤芯为1.54，包层为1.44）  bp_set_A0('exp(-((x^2+y^2)/4e-6^2))');  ; 初始光场振幅（高斯分布）    bp_set_interpol(0);   ; 禁用插值（使用离散网格）  end

diagram 1, size_px = (500, 500), position = (100,100)   ; 建立第1张图：500×500像素，放在(100,100)"Transverse Intensity Profile", font = "Times New Roman", size = %12   ; 主标题"subtitle 1", size = %6   ; 副标题1"subtitle 2"              ; 副标题2（可删）x: -x_max/um, +x_max/um   ; x轴范围：-20 μm 到 +20 μm"x (um)", @x, font = "Times New Roman", size = %10      ; x轴标签y: -y_max/um, +y_max/um   ; y轴范围：-20 μm 到 +20 μm"y (um)", @y, font = "Times New Roman", size = %6       ; y轴标签csfontname = "Arial"      ; 坐标刻度字体csfontsize := 3           ; 坐标刻度字号frame                     ; 给图加框hx                        ; 画x方向网格hy                        ; 画y方向网格! I_max := bp_I_max(0)    ; 计算z=0截面的最大光强（用于归一化）! z := 0                  ; 设定当前z位置为0（光纤输入端）cp: color_I(bp_I(x*um, y*um, z) / I_max)   ; 画二维彩色图：归一化光强

diagram 2, size = (400, 300), position = (100,500)    ; 第2张图：400×300像素"Powers vs. Position"                                   ; 主标题x: 0, L_f                                               ; x轴：光纤长度 0 → 2 m"position in fiber (m)", @x, font = "Times New Roman", size = %10   ; x轴标签P_in_max := 0                                           ; 初始化最大输入功率P_max := P_in_maxP_max := maxr(P_max, P(pump, L_f)     ; 比较泵浦在z=L处的功率P_max := maxr(P_max, P(signal_fw, L_f))                 ; 正向信号在z=LP_max := maxr(P_max, P(signal_bw, 0))                   ; 反向信号在z=0calc if P_max = 0 then P_max := 1                       ; 防除零y: 0, 1.2 * P_max                                       ; 左侧y轴：功率 0 → 1.2×最大值y2: 0, 100                                              ; 右侧y轴：0–100（百分比）framelegpos 200, 0, font = "Times New Roman", size = %6      ; 图例位置hxhy;以下5条曲线f: P(pump, x), color = red, width = 8, "pump_fw (W)"                     ; 泵浦功率（红色实线）f: P(signal_fw, x), color = blue, width = 8, "signal_fw (W)"             ; 正向信号（蓝色实线）f: P(signal_bw, x), color = blue, style=dotdashed, width = 8, "signal_bw (W)" ; 反向信号（蓝色点划线）f: 100 * n(x, 1), yscale = 2, color = green, width = 8, style = fdashed, "excitation of level 1 (%, right scale)" ; 能级1粒子数占比（绿色虚线，右侧y轴）f: 100 * n(x, 2), yscale = 2, color = black, width = 8, style = fdashed, "excitation of level 2 (%, right scale)" ; 能级2粒子数占比（黑色虚线，右侧y轴）

diagram 3, size_px= =(500,300):                          ; 第3张图"Variation of Pump Power", font = "Times New Roman"        ; 主标题x: 0, 1                                                   ; x轴：输入泵浦功率 0–1 W"input power (W)", @x, font = "Times New Roman", size = %10y: 0, 1                                                   ; y轴：输出信号功率 0–1 W"output power (W)", @y, font = "Times New Roman", size = %10csfontname = "Times New Roman“csfontsize := 6framelegpos 200, 0, font = "Times New Roman", size = %6hxhy; 两条曲线：用set_P_in 把泵浦功率从 0 变到1 W，步长5点f: (set_P_in(pump, x); P_out(signal_fw)), step = 5, color = blue, width = 8, "signal_fw " f: (set_P_in(pump, x); P_out(signal_bw)), step = 5, color = blue, style = dotdashed, width = 8, "signal_bw "! set_P_in(pump, P_pump_in)   ;          扫描结束后把泵浦功率恢复为原始值

diagram 4, size_px = (500, 300):                          ; 第4张图"Variation of Fiber Length", font = "Times New Roman"      ; 主标题x: 0, 10                                                  ; x轴：光纤长度 0–10 m"fiber length (m)", @x, font = "Times New Roman", size = %10y: 0, 1                                                   ; y轴：输出功率 0–1 Wcsfontname = "Times New Roman“csfontsize := 6framelegpos 200, 0, font = "Times New Roman", size = %6hxhy; 三条曲线：用set_L 把长度从0变到10 m，步长20点f: (set_L(x); P_out(pump)), step = 20, color = red, width = 8, "pump_fw"f: (set_L(x); P_out(signal_fw)), step = 20, color = blue, width = 8, "signal_fw"f: (set_L(x); P_out(signal_bw)), step = 20, color = green, style = dotdashed, width = 8, "signal_bw“! set_L(L_f)   ; 恢复原始光纤长度

diagram 5, size_px = (500, 300):                          ; 第5张图"Transverse Profiles", font = "Times New Roman"            ; 主标题max_N := N_Yb;                                            ; 最大掺杂密度 = 15e24 cm⁻³I_max := 0                                                ; 初始化最大光强max_r := w_core;                                          ; 最大径向坐标 = 纤芯半径3.45 μmcalc                                                      ; 预扫描找最大光强   for r := 0 to max_r step 0.5e-6 do    begin        I_max := maxr(I_max, I(pump, -1, r, 0));              ; 泵浦光        I_max := maxr(I_max, I(signal_bw, -1, r, 0));         ; 反向信号光    end;x: 0, 1.2 * max_r / um                                  ; x轴：径向坐标 0–1.2×纤芯半径"radial position (μm)", @x, font = "Times New Roman", size = %10y: 0, 1.2 * I_max * cm^2                                  ; 左侧y轴：光强 (W/cm²)"intensity (W/cm^2)", @y, font = "Times New Roman", size = %10y2: 0, 1.2 * max_N                                        ; 右侧y轴：掺杂密度"doping density", @y2, font = "Times New Roman", size = %10framelegpos 200, 600, font = "Times New Roman", size = %6hxhyf: N_dop(1, x * um, 0), yscale = 2, color = gray, width = 8, maxconnect = 1, "N_dop (right scale)"   ; 掺杂分布（灰色，右侧y轴）f: I(pump, -1, x * um, 0) * cm^2, color = red, maxconnect=1, width = 8, "pump_fw", init p :=3, finish p :=0   ; 泵浦光强（红色）f: I(signal_bw, -1, x * um, 0) * cm^2, color = blue, maxconnect=1, width = 8, "signal_bw", finish set_P_in(pump,P_pump_in)   ; 反向信号光强（蓝色）