RP系列 激光分析设计软件

本文摘要（由AI生成）：

RP Q开关软件专为腔内光学元件设计，支持多种元件序列和激光器类型。该软件可处理复杂放大级并计算脉冲参数，同时监控其他关键参数。限制在于未考虑横向依赖性，对于更复杂的模拟建议使用RP Fiber Power。RP Fiber Calculator软件则用于光纤计算，提供直观界面，方便用户进行折射率分布、导模、发射光束、传播和耦合等计算。两款软件均为光学工程师提供了高效且实用的工具。

RP Fiber Power 光纤激光器及光纤器件设计软件

RP Resonator 激光谐振腔设计软件

RP Coating 设计光学多层结构软件

RP ProPulse 脉冲传输模拟

RP Q-switch 调Q激光器

RP Fiber Calculator RP光纤计算器

RP系列软件是功能强大的激光仿真软件，用于激光发展和激光科学的计算机建模。RP Fiber Calculator 用于对具有径向对称折射率分布的光纤进行各种计算。RP Fiber Power用于设计和优化光纤器件，特别是光纤放大器和激光器以及其他类型的波导激光器，还有光纤耦合器，多芯光纤，螺旋芯光纤和锥形光纤等。RP Resonator 用于光学谐振腔计算。RP ProPulse 用于模拟脉冲传播。RP Coating 用于设计光学多层结构，开发激光反射镜，色散反射镜，滤光片和偏振器等。RP Q-switch 用于主动或被动Q开关固态激光器的计算，以及连续波激光器中的尖峰现象。

可以设计并优化光纤激光器和放大器、光波导激光器、光纤耦合器、多芯光纤、螺旋芯光纤、锥形光纤；也可以模拟超短脉冲在不同光纤设备中的传输，例如在光纤放大器系统、锁模光纤激光器和通讯系统中的传输。

能够跟踪和优化光纤放大器和光纤激光器，让它们适合各种应用。帮助评估和排除光纤激光器和放大器中各种不利的影响；能够对有源光纤器件性能进行预测；能寻找最佳光纤长度、掺杂浓度、折射率分布等；能够计算掺杂浓度与光线的关系，准确模拟双包层光纤，还可以模拟时域动态变化，可以理解和优化的细节如功率效率和噪声系数。

RP Fiber Power可用于分析和优化各种器件：

单模和多模光纤

光纤耦合器、双包层光纤、多芯光纤、平面波导

光纤放大器

光纤通信系统

光纤激光器

超快光纤激光器和放大器

脉冲和超快速固体激光器和放大器

这款软件是致力于光纤器件学科研究或工业开发人士的必备工具。这款软件及其技术支持将为您的工作效率和工作能力提供极大的便利。同时，这款软件也是一款相当出色的教学工具。

目前已使用该软件的高校：耶拿大学、英国南普顿大学、北京工业大学、中国科学技术大学、上海技术应用学院、华中科技大学、西北大学、复旦大学、深圳大学、国防科技大学、长春理工大学、南京理工大学等。

目前已使用该软件的单位：费朗霍夫研究所、苏州纳米所、兵器装备部、三江航天、上海光机所、绵阳九院、中科院软件所、中科院光电所商业单位、北京敏视达雷达有限公司等。

※ 光纤数据：

※ 各种公开数据：

“Yb-germanosilicate”

“ErYb-phosphate”

“Er-fluorozirconate F88”

“Er-silicate L22” 

“Er-fluorophosphate L11”

※ 光纤制造厂商数据：

可以用来设计优化光学谐振腔。不仅可以模拟谐振腔特性，而且软件可以计算热透镜效应、失调、色散、Gouy 相移、简并度等对光束半径和光腔模式的影响。软件同时可以用于设计给定要求的激光腔,比如给定在特定位置的模式大小,最小灵敏度，热透镜效应和失调、最小畸变的光束质量等。

ABCDEF矩阵算法：

RP Resonator 的计算是基于一个扩展的 ABCDEF 矩阵算法。与通常使用的 ABCD 矩阵算法相比，它不仅可以进行模式半径的计算，也能计算由于腔镜失调所造成的光束位置改变。

另外，它也可以处理与波长相关的折射，比如在棱镜中的折射，在锁模激光器的谐振腔里，其色散补偿是通过一个棱镜来完成。该软件可以计算不同波长的光程和由此而产生的色散。

直线腔和环形腔也可以和从激光谐振腔里输出的光束一样被当作单程传播来处理。对于环形腔，光束的路径可以自动闭合，也就是说，第一个和最后一个镜子的取向及它们之间的路径长度可以自动计算。由此产生的设置可以图形化地显示，以立即识别可能的错误输入。

具体功能与应用：

——分析已有的谐振腔设计，如检查其稳定区域、准直特性、色散效应等。

——使复杂的谐振腔设计优化工作变得容易，如优化激光器性能。

精炼研究人员对谐振腔的理解。如通过数值模拟演示各种参数。

——软件带有非常强大的脚本语言并伴随有脚本向导功能，很容易的通过填表格的形式（简单的输入数字或数学公式）生成大段的脚本代码。

——脚本语言的强大意味着更丰富的灵活性。例如，用户可以定义含有多个激光晶体的光腔模型等。

——与其它类似的软件相比，RP Resonator 允许用户将谐振腔特性参数化。这意味着用户可以使用数学表达式定义，而不是仅仅只能定义简单的参数如腔长、反射镜曲率半径等。在生成的图像中，用户也可以观察不同位置的光腔特性。与脚本语言相结合，用户开发过程中会拥有极大的灵活性。而这功能是在其它类似软件中很难找到的。

非常适合以下机构:

——开发激光器、参量振荡器，或包含无源光学谐振腔的器件的工业公司

——详细具体研究这些设备各个方面功能原理的研究实验室

——教导人们对此类设备形成牢固技术理解的教育机构    

在任何情况下，RP Resonator 都将为您提供实质性的竞争优势，因为您的工作将更加有效和高效：您将能够快速可靠的知道谐振腔的功能特性以及改进它们的方式。

RP ProPulse 可以模拟各种情况下超短脉冲的传播，例如在主动或被动锁模激光器的谐振腔，同步泵浦光学参量振荡器和光纤中。更具体地，该软件可以计算当脉冲传播通过各种光学组件时，飞秒和皮秒脉冲的电场分布如何在时域和频域中演变。在描述底层物理模型的页面上给出了更多细节。该软件可以在Microsoft Windows 下的普通PC上运行。

可以模拟超短脉冲在多种情况下的传输，特别是：

主动或被动锁模激光器谐振腔中的传输；

光参量振荡器的同步泵浦；

光纤中的传输。

可以分析：

各种效应的影响,包括各种各样比较特殊的非线性效应,

如光子晶体光纤的超连续光谱。

具体功能与应用：

——RP ProPulse 可以模拟很多与脉冲相关的效应，包括与波长相关的线性损耗、吸收损耗、双光子吸收、调制 器里任意驱动信号的幅度和相位调制、激光增益、参量放大、二次谐波、任意阶色散、自相位调制、拉曼效应、自陡峭、四波混频、量子噪声效应、色散补偿（软件自动优化）；

——软件精炼了脉冲在光纤中的传输算法，计算速度很快；

——能够非常方便灵活的定义谐振腔内的光学元件；

——友好的操作界面，能够显示腔内不同位置的脉冲形状，能够定义光束在腔内的往返次数；

——模拟锁模激光器中的脉冲变化，可以用于研究稳态脉冲参数与不同输入参数之间的关系或者研究不同情况下的非稳特性；

——研究啁啾脉冲放大系统的边界；

——研究色散或孤子在光纤连接处的传输，同时可以研究其噪声特性；

——研究光子晶体光纤中的脉宽压缩或超连续谱产生，包括高阶色散、克尔和拉曼非线性效应、四波混频效应、量子噪声等。

实例：

主动锁模；被动锁模；锁模光纤激光器高阶光孤子；非线性脉宽压缩；绝热孤子压缩；孤子自频移。

非常适合以下机构:

——工业公司开发锁模激光器（体激光器和光纤激光器），脉冲放大器或超快参数振荡器

——详细探讨这些设备的各个方面研究的实验室

——对此类设备形成扎实的技术理解的教育机构

无论如何，RP ProPulse 将为您提供实质性的竞争优势，因为您的工作将更加有效和高效：您将有能力快速可靠地找到您的设备特性可能或应该是什么以及如何优化它。

本软件是一款特别灵活而且功能强大的薄膜设计软件，RP 膜层可以计算光学多层结构的性质：可变波长和入射角的反射率和透射率，还有群延迟，色散和内部电场分布。结果可以以图形方式显示，并且可以进行复杂的数值优化。它不仅局限于开发的标准设备，而且能够提供给开发者分析和优化新设计的功能。同时，对于经常需要快速改变设计参数的工业界人士，该软件是及其方便使用的：软件将设计的全部结构充分的参数化，通过很少的参数就可以对设计进行修改控制，而不需要大量的膜层厚度值设定。

可以设计：

复杂的多层光学结构，如激光反射镜，色散补偿镜，边缘滤波器，etalons、宽带的抗反射膜层、薄膜偏振器件，和各种半导体结构。

可以计算：

各种结构的基本光学属性，包括反射和透射振幅和相位，色散、内部场分布等。

可以进行复杂的数值优化。灵活的设计激光反射镜，色散补偿镜，滤波器，偏振片。

具体功能与应用：

RP膜层可应用于各种不同类型的光学器件：

- 介质镜，包括啁啾镜（例如具有极高带宽的最先进的双啁啾镜设计）或其他类型的色散镜（例如 GTI）

- 光学滤波器（短通和长通边缘滤波器，带通滤波器，单片和空气间隔标准具，滤光片和其他类型的干涉滤波器）

- 标准具（单片和空气间隔）

- 增透膜层，包括先进的多层结构，例如， 采用蒙特卡罗技术

- 薄膜偏振片（平板偏振片，偏振立方体）

- 半导体结构，例如 SESAM 和 VECSEL 增益结构

对于此类设备，它可以帮助您执行以下操作：

- 分析现有的膜层设计，例如用于检查制造公差

- 寻找在各方面都得到优化的设备设计

- 完善对工作原理和基本限制的理解

实例：

布拉格反射镜（综合分析设计）、分色镜（优化设计）、双波长防反射薄膜、平板薄膜偏振器（数值优化）、偏光立方体（数值优化）、Gires–Tournois interferometer干涉仪（包括超短脉冲传输分析）、梳状滤光片、将膜层数据与测量的反射谱拟合、空气介质校准器（包括超短脉冲传输分析）。

适用群体

RP膜层非常适合以下机构：

- 制造多层膜层的工业公司，或获得其他人制造的多层膜层的工业公司

- 研究实验室，详细探讨了这些设备的各个方面

- 教育机构，对此类设备形成扎实的技术理解

无论如何，RP 膜层将为您提供实质性的竞争优势，因为您的工作将更加有效和高效：您将有能力快速可靠地找出各种设计方法的工作原理，它们的局限性以及如何获得 最佳性能，同时避免过度关键的制造公差。

一种设计Q开关激光器的便捷工具

软件包RP Q-switch 已经开发用于主动或被动Q开关固态激光器的计算，以及连续波激光器中的尖峰现象。基于激光谐振腔和增益介质的给定参数，它在数值上模拟激光功率的演变并计算产生的脉冲的参数。该软件是一种有价值的工具，特别适用于主动或被动Q开关固态激光器的设计。（对于光纤激光器，在某些情况下甚至是体激光器，RP Fiber Power 软件更适合。）它也可用于教育目的。例如，激光设计人员可以通过使用该仿真软件更深入地了解Q开关激光器。

该软件可用于解决以下类型的问题，例如：

- 我的Q开关激光器的实验观察性能（包括脉冲能量和持续时间，双脉冲等）是否与理论预期一致？

- 如果没有，参数的哪些偏差可以解释这一点？

- 考虑到设计变更会带来哪些更好的性能前景？

- 我的Q开关是否足够快，并且它的延迟是否足够？如果没有，那么解决我的问题要好多少？

- 是否有可能找到一种激光设计，使我的脉冲短三倍？什么限制了可实现的脉冲持续时间？

- 通过在激光谐振腔中插入倍频器（而不是外部），可以获得改善的倍频转换效率吗？这会在多大程度上延长脉冲？低强度转换效率（以％/ W为单位）的哪个值是理想的？

具体功能与应用：

- 用户可以定义以下类型的腔内光学元件的任意序列：激光晶体，输出耦合镜，调制器（有源Q开关），可饱和吸收器（无源Q开关）和寄生损耗。

- 可以处理四能级激光器和准三能级激光器。这意味着该软件也可以应用于Yb：YAG 激光器。

- 激光谐振腔外还可以有多达三个不同的放大级。它们的饱和特性被详细建模。

- 该软件可以计算脉冲参数，如能量，峰值功率，持续时间和时间位置。而且，它可以用于监视激光工程师感兴趣的各种其他参数，例如激光增益的时间演变或可饱和吸收体的漂 白。

- 对于连续波激光，可以研究尖峰和弛豫振荡。

- 泵浦功率可以用几种格式（例如矩形，正弦形或锯齿形）调制。

- 可以详细研究各种不需要的现象，例如，调制器速度有限导致性能下降，调制器开放时间过长的多个脉冲等

- 参数的输入和输出通过方便的形式完成，因此新用户很容易上手。

- 该软件可以生成图形输出，可以非常灵活地控制。

- 有八种预定义的图形，用户可以自己定义许多其他类型的图形（包括参数图形）。

- 也可以将列表数据写入文本文件。通过这种方式，可以导出数据以便使用其他软件进行进一步处理。

限制和可能的替代方案

RP Q开关的一个基本限制是它没有考虑横向依赖性。实际上，它采用顶帽光束分布，即强度在一定半径内是恒定的并且在外部为零。在许多情况下，这种近似是可以接受的，但并非总是如此。

对于更复杂的模拟，我们建议使用 RP Fiber Power 软件。尽管该软件设计用于光纤激光器，但它也可以应用于大多数端面泵浦体激光器。RP Fiber Power 可以充分考虑场强和掺杂浓度的横向分布，可以处理复杂的能级方案。而且，灵活性显着高于RP Q开关的灵活性。例如，RP Fiber Power 可以处理泵功率和信号输入的任意时间依赖性以及更广泛的图形图表。出于这些原因，建议使用RP Fiber Power 进行更复杂的仿真，而RP Q-switch 是在较简单的情况下快速获得结果的正确工具。

下图显示了 RP Q 开关主要形式的屏幕截图。用户不需要学习一些命令语法，只需将数据填充到给定栏中即可。状态行（底部）给出了输入栏含义的简要说明; 按 Shift-F1 键可显示较长的文本。

增益介质的参数和外部放大器级的参数有单独的形式。

开关的图形输出示例

以下图表均适用于主动Q开关 Nd：YAG 激光器的示例。

RP光纤计算器是一种非常方便的软件，用于对具有径向对称折射率分布的光纤进行各种计算。它具有直观的图形用户界面和标签，用于以下目的：

折射率分布：定义径向折射率分布。只需点击图表即可更改分布！

导模：获得计算的导模的属性：指数 l 和 m（LPl,m 模式），有效折射率，相位常数，有效模式面积，在纤芯内传播的功率分数，截止波长。模式求解器功能强大，可靠，高效。

发射光束：定义高斯激光束，可能光纤端部未对准，并获得所有导模的功率，以及总引导功率。

传播：了解光束在光纤中如何演变，以及从光纤中射出的光相应远场分布是什么。

耦合：计算光线如何从一根光纤耦合到另一根光纤（仅限 PRO 版本的功能）。

适合日常光纤工作的极其有用的工具

即使是光纤初学者使用这个软件时也不会有困难。使用它可以训练你的直觉，训练你的感觉和对光纤的理解 - 这是你在我们网站上找到的所有说明的一个很好的补充。光纤专家在他们日常生活当中也有一个非常高效工具。例如，使用它来解决以下问题：

1.折射率对比度必须有多低才能获得单模传导？哪个波长范围有效？

2.我的光纤有多少导模？

3.光纤中的多模强度模式会以多快的速度发展？

4.在折射率分布中有中心凹陷，或纤芯周围的低折射率区域，或您可以想象的任何特征，有什么影响？基本模式是否仍然接近高斯形？

5.对于光束射入光纤，光束聚焦尺寸不匹配有多重要？其他参数有多重要，例如：对于位移或倾斜？

6.观察到的远场模式是否与设计参数一致？

7.两种不同多模光纤之间的接头插入损耗是多少？匹配纤芯大小和NA值有多重要？

使用软件轻松找到这一点，而不是根据教科书中的方程进行繁琐的计算，或者只是在黑暗中钓鱼。您也可以在数值上测试您计算的内容以确定。