解决方案

用光纤激光器软件设计非线性光纤环形镜 | RP Fiber Power 软件

非线性光纤环形镜案例

1、光纤激光器设计系列软件

·RP Fiber Power:计算各种特性的光纤模型,光纤放大器、光纤激光器、ASE光源、动态模拟、超短脉冲。

·RP Resonator:谐振腔设计工具,适合设计各种类型的激光谐振腔。

·RP ProPulse:模拟锁模激光器、光学参量振荡器和光纤设备中传播的超短脉冲。

·RP Coating:设计各种光学多层结构功能强大的软件。

·RP Q-switch:用于主动或被动Q开关固体激光器的计算等。

·RP Fiber Calculator:计算具有径向对称折射率分布的光纤。


2、RP fiber power 脚本设计界面


3、主要应用场景

非线性光纤环形镜(包括非线性光学环形镜 NOLM、非线性放大环形镜 NALM)是光纤光学领域的关键器件,其现实应用背景主要围绕超短脉冲激光、光通信、光信号处理等领域,具体如下:

1、超快光纤激光器的锁模(核心应用)

非线性光纤环形镜作为人工可饱和吸收体,利用非线性相移的强度依赖性,实现脉冲的选择性透射 / 反射,替代实体吸收体完成被动锁模。

2、光通信系统的信号处理

通过非线性相移过滤低强度噪声,恢复信号的振幅 / 相位(如 PAM4 信号的多电平再生);传输过程中抑制低强度背景辐射,保持孤子脉冲的完整性;实现 RZ(归零)与 NRZ(非归零)信号的全光转换。

3、脉冲整形与调控

利用非线性相移的不对称性,实现脉冲的时域压缩、峰值功率提升,或抑制脉冲噪声。

4、光纤传感器

通过非线性相移的变化,将物理量转换为光信号的强度 / 相位变化,实现分布式或点式传感。


4、示例:非线性光纤环形镜

一、仿真结果

我们假设存在一个由短段有源光纤和长段无源光纤构成的环路,该环路通过光纤耦合器连接成环形结构。每个输入脉冲会被拆分为两束 —— 它们将沿不同方向在环形结构中传输,之后在耦合器处重新合束,形成两路输出。

先经过有源光纤的脉冲,其在无源光纤中的峰值功率更高,因此相比另一路脉冲,会获得更大的非线性相移。因此,当两束脉冲再次到达光纤耦合器时,干涉条件会发生改变,进而使两路输出端口的功率分配比例被调整(对于 50% 分光比的耦合器,若不存在非线性效应,所有功率会回传至输入端口)。

我们还可以模拟非互易移相器的影响,这种器件可通过两个法拉第旋转器与一个波片实现。借助它,能够调整耦合比随输入脉冲能量的变化关系。

需要注意的是:由于有源光纤的增益会饱和,非线性相移并非与输入峰值功率成正比(我们始终考虑高重复频率脉冲序列的稳态情况)。

二、基本步骤

  • 光通道参数
  • 脉冲传输参数
  • 光纤参数
  • 耦合器与非互易移相器参数
  • 光纤器件定义
  • 脉冲传输仿真
  • 图表绘制

输出结果展示>>

有源光纤功率分布


耦合比随输入脉冲能量的变化


时域输出脉冲对比