模式選擇耦合器（MSC）使用的是一根單模光纖和一個(gè)少模光纖。若在耦合區(qū)中，SMF中基模的傳輸常數(shù)β01與FMF中某一高階模式的傳輸常βmn數(shù)接近，則這兩個(gè)模式就能相互轉(zhuǎn)換。以單模光纖和少模光纖構(gòu)成的非對(duì)稱(chēng)型模式選擇耦合器為模型，利用光束傳播法的Rsoft仿真軟件演示在所設(shè)計(jì)參數(shù)下的能量傳輸情況。

首先，進(jìn)入RSoft CAD-Layout，點(diǎn)擊左上角的“New Circuit”按鈕，新建仿真文件，波導(dǎo)的一些基本特性參數(shù)需要在此設(shè)定。3D Structure Type 設(shè)為 Fiber，并設(shè)置背景折射率為1.444，自由空間波長(zhǎng)為1550nm。

點(diǎn)擊BeamPROP窗口左邊的mode，繪制相應(yīng)形狀的波導(dǎo)。鼠標(biāo)左鍵，在任意另一處再單擊左鍵，即可畫(huà)出相應(yīng)的波導(dǎo)。左邊的作為SMF耦合區(qū)域的纖芯，同樣畫(huà)出右邊波導(dǎo)作為FMF耦合區(qū)域的纖芯。將鼠標(biāo)移動(dòng)至波導(dǎo)上（紅色區(qū)域上），再單擊鼠標(biāo)右鍵，會(huì)彈出波導(dǎo)的設(shè)置菜單。分別設(shè)置兩個(gè)波導(dǎo)折射率分為n=1.449和n=1.4499，1.4499為FMF LP11模式的有效折射率，截面尺寸分別為5.4μm和10.8μm，對(duì)應(yīng)耦合區(qū)域的寬度，SMF和FMF之間的距離為10μm。

然后再點(diǎn)擊任務(wù)欄左側(cè)的路徑，點(diǎn)擊“new“，然后選中左邊的波導(dǎo)，再次點(diǎn)擊”Monitors”按鈕，設(shè)置一個(gè)與路徑相匹配的探測(cè)器，監(jiān)視器類(lèi)型選擇“fiber mode power”，用于監(jiān)測(cè)SMF中LP01模式，同樣再次新建一個(gè)路徑選中右邊的波導(dǎo)，用于監(jiān)測(cè)FMF中的LP11模式。設(shè)置完后，依次點(diǎn)擊OK按鈕。

點(diǎn)擊任務(wù)欄左側(cè)的Simulation（紅綠燈），選擇XZ截面，并適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)格精度，點(diǎn)擊OK，得到仿真結(jié)果如圖所示，其中左邊的圖代表SMF中LP01模式和FMF中LP11模式之間的轉(zhuǎn)換，右圖為轉(zhuǎn)換過(guò)程中的對(duì)應(yīng)的模式變化。

然后分別改變FMF的尺寸設(shè)置為8.1μm和8.8μm，分別對(duì)應(yīng)模式LP21和LP02模式下的尺寸，并將監(jiān)視器監(jiān)測(cè)的模式改為L(zhǎng)P21和LP02模式，仿真結(jié)果如下。可以觀(guān)察導(dǎo)LP01模式在相應(yīng)的尺寸下面分別裝歡成LP21模式和LP01模式。

本案例采用Rsoft軟件，以由SMF和FMF構(gòu)成的非對(duì)稱(chēng)模式選擇耦合器模型，通過(guò)設(shè)置波導(dǎo)的有效模式折射率以及波導(dǎo)寬度，動(dòng)態(tài)演示了LP01模式分別與LP11模式，LP21模式和LP02模式之間的耦合過(guò)程，并且可以通過(guò)設(shè)置不同的耦合長(zhǎng)度獲得不同的模式占比。

最后，有相關(guān)仿真需求歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”與我們聯(lián)絡(luò)。