光纖彎曲
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2021-02-27
光纖彎曲的視頻教程
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該系列視頻后續(xù)會(huì)繼續(xù)添加金屬納米顆粒散射、彎曲光纖、光學(xué)共性變換、隱身衣、SPP、表面等離子體、光力等教學(xué)視頻，隨著后期視頻的增加，會(huì)相應(yīng)的合理提高出售價(jià)格。已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的后續(xù)更新均可免費(fèi)看，滿意好評(píng)后可以私信我贈(zèng)送視頻對(duì)應(yīng)的源文件。，歡迎大家入COMSOL交流群交流學(xué)習(xí)，群號(hào)273071890
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光纖彎曲的實(shí)例教程
大家好，今天我所分享的案例是基于Lumercical軟件的光纖彎曲損耗模擬分析的介紹。文中主要介紹的是光纖波導(dǎo)在彎曲過(guò)程中能量損失的情況。基于Lumercial mode模塊展開(kāi)細(xì)致化研究分析模擬。
所選用的計(jì)算是基于FDE算法而展開(kāi)的。
首先建立光纖幾何波導(dǎo)，以及配置好彎曲的結(jié)構(gòu)模型：
圖1 彎曲光纖波導(dǎo)三視圖
如圖1所示為彎曲光纖波導(dǎo)的三視圖，細(xì)節(jié)光纖纖芯及包層配置如下圖2所示：
圖2 纖芯配置
圖3 包層配置
圖4 模擬區(qū)域設(shè)置
在完成基本光纖波導(dǎo)幾何配置后，設(shè)定模擬區(qū)域參數(shù)設(shè)置如上所示，模擬在300k環(huán)境介質(zhì)為空氣環(huán)境下進(jìn)行。邊界條件為金屬邊界條件。在進(jìn)程check材料檢驗(yàn)后，選擇運(yùn)行按鈕進(jìn)行運(yùn)算。
如下圖5所示，為彎曲波導(dǎo)模式計(jì)算細(xì)節(jié)處理：
模擬的中心波長(zhǎng)為1.55微米
計(jì)算的為前15個(gè)偏振模式
勾選上彎曲波導(dǎo)計(jì)算，設(shè)定彎曲波導(dǎo)的曲率半徑為9.1e6微米
隨后進(jìn)行運(yùn)算。
圖5 彎曲波導(dǎo)模式計(jì)算參數(shù)配置
圖6 彎曲波導(dǎo)模式計(jì)算結(jié)果
如圖6所示為光纖波導(dǎo)在彎曲后計(jì)算的模式部分結(jié)果，可以計(jì)算得到1.55微米中心波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)各階光纖模式的有效折射率數(shù)值。以及偏振分配比例（TE/TM），如下圖7所示為光纖模式彎曲后的模場(chǎng)分布圖（部分?jǐn)?shù)值結(jié)果），可以發(fā)現(xiàn)傳輸光線模式由于彎曲導(dǎo)致部分模式場(chǎng)的分布發(fā)生畸變。
圖7 彎曲波導(dǎo)模式電場(chǎng)分布圖
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展開(kāi) 研究了大模場(chǎng)面積光纖的彎曲對(duì)光波傳輸?shù)挠绊憽Ｔ撛O(shè)計(jì)采用階躍折射率光纖，也可研究其它類型的折射率分布光纖。
圖1表明，隨著光纖彎曲形變的加強(qiáng)，光線傳輸產(chǎn)生變化，最終將導(dǎo)致光線完全入射到包層內(nèi)而產(chǎn)生大量損耗。
圖2為不同模式下，傳輸損耗與光纖曲率半徑之間的關(guān)系曲線。該仿真雖然需用時(shí)幾分鐘，但也為用戶提供了大量的有效信息。
今天向大家介紹一下光纖彎曲的模型，僅僅需要兩個(gè)操作步驟即可完成哦，來(lái)咱們直接上干貨：
Step1:配置環(huán)境變量，具體如圖1所示
圖1 基本環(huán)境變量配置
圖2 纖芯配置
圖3 包層配置
選用研究模塊：beamprop
入射光中心波長(zhǎng)：1.55微米
環(huán)境介質(zhì)：1.0（空氣）
光纖直徑：125微米（包） 8.3微米（纖芯）
光纖長(zhǎng)度：本例中3.5厘米
結(jié)構(gòu)：fiber
折射率：1.45205（芯）1.44681（包）
Step2:光纖彎曲配置
圖4 彎曲配置
操作方式：選擇more選項(xiàng)，在bend選項(xiàng)下輸入曲率半徑值即可進(jìn)行后續(xù)分析
Step3:模擬結(jié)果分析
圖5 光場(chǎng)及單一波長(zhǎng)傳輸譜
如圖所示，我們可以很明顯的看到當(dāng)入射光在光纖中傳輸時(shí)，由于彎曲的作用部分纖芯中傳輸?shù)墓饽芰繉?huì)以倏逝波的形式泄露到包層區(qū)域中，但同時(shí)會(huì)與纖芯中的能量進(jìn)行耦合，因此會(huì)發(fā)生一定程度的模式能量耦合現(xiàn)象，即產(chǎn)生諧振波。
進(jìn)一步地通過(guò)掃描全波長(zhǎng)地形式，我們可以得到相對(duì)應(yīng)的透射光譜:
圖6 傳輸光譜對(duì)比
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展開(kāi) Rsoft是一款優(yōu)秀的光學(xué)仿真軟件，里面集成了多個(gè)模塊，其中BPM模塊利用光束傳播法（Beam Propagation Method），能夠進(jìn)行多種類型光器件的仿真，比如分束器、光纖等。這次，利用該模塊展示如何開(kāi)展光纖彎曲情況下的仿真分析。
初始設(shè)置如下：仿真工具為BeamPROP模塊，維度為3D，自由空間波長(zhǎng)為1.55μm，3D結(jié)構(gòu)為光纖，因?yàn)榭紤]的是空氣情況，所以背景折射率設(shè)置為1。
圖1 初始化參數(shù)設(shè)置
初始化設(shè)置后，建立光纖結(jié)構(gòu)，對(duì)光纖的包層和纖芯特性進(jìn)行設(shè)置。由于Rsoft可以進(jìn)行符號(hào)化運(yùn)行，因此我們涉及到的參數(shù)設(shè)定都盡量用符號(hào)來(lái)表示，設(shè)置的符號(hào)變量如下：光纖纖芯直徑為10μm，折射率1.46，光纖包層直徑為125μm，折射率1.449，長(zhǎng)度10cm，彎曲半徑為5mm。利用符號(hào)對(duì)光纖纖芯和包層的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，其中光纖的彎曲是通過(guò)等效彎曲實(shí)現(xiàn)的，具體參數(shù)設(shè)置如圖3所示。
圖2 符號(hào)變量列表
圖3 等效彎曲設(shè)置
設(shè)置完參數(shù)后，觀察其折射率分布，確認(rèn)折射率分布的合理性。由于此處采用了等效彎曲的方法，因此折射率分布不再是均勻的，如圖4所示。
圖4 折射率分布
然后，將纖芯設(shè)置為路徑，并對(duì)入射場(chǎng)進(jìn)行設(shè)置，入射位置為纖芯端面。需要注意的是，入射場(chǎng)的模式計(jì)算，默認(rèn)是按照背景折射率進(jìn)行計(jì)算，而實(shí)際上需要將其設(shè)置為包層的折射率。
圖5 （左）以背景折射率為基礎(chǔ)計(jì)算的模場(chǎng)分布；（右）以包層折射率為基礎(chǔ)計(jì)算的模場(chǎng)分布
設(shè)置光纖纖芯為監(jiān)測(cè)路徑，同樣注意折射率需要設(shè)置為包層折射率。
現(xiàn)在就可以用以分析光束在彎曲光纖中的傳輸情況。
展開(kāi) 文件：Bent Large mode area fiber .fpw
研究了大模場(chǎng)面積光纖的彎曲對(duì)光波傳輸?shù)挠绊憽Ｔ撛O(shè)計(jì)采用階躍折射率光纖，也可研究其它類型的折射率分布光纖。
圖1表明，隨著光纖彎曲形變的加強(qiáng)，光線傳輸產(chǎn)生變化，最終將導(dǎo)致光線完全入射到包層內(nèi)而產(chǎn)生大量損耗。
圖2為不同模式下，傳輸損耗與光纖曲率半徑之間的關(guān)系曲線。該仿真雖然需用時(shí)幾分鐘，但也為用戶提供了大量的有效信息。
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光纖彎曲的最新內(nèi)容
基于mode模塊的光纖彎曲損耗模擬5個(gè)月前
大家好，今天我所分享的案例是基于Lumercical軟件的光纖彎曲損耗模擬分析的介紹。文中主要介紹的是光纖波導(dǎo)在彎曲過(guò)程中能量損失的情況。基于Lumercial mode模塊展開(kāi)細(xì)致化研究分析模擬。
所選用的計(jì)算是基于FDE算法而展開(kāi)的。
JCMsuite案例展示：光纖單模光纖的仿真分析9個(gè)月前
之后彎曲單模光纖教程會(huì)說(shuō)明如何計(jì)算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
JCMsuite—單模光纖傳播模式9個(gè)月前
之后彎曲單模光纖教程會(huì)說(shuō)明如何計(jì)算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
幾何模型最外側(cè)添加完美匹配層和散射邊界條件加以限制，并選用自由三角形網(wǎng)格進(jìn)行劃分，網(wǎng)格劃分小于波長(zhǎng)的四分之一；
在模式分析計(jì)算中有效折射率按靠近纖芯值去計(jì)算，通過(guò)對(duì)包層管壁厚度進(jìn)行掃面可以得到產(chǎn)生反諧振時(shí)包層厚度：
以下為直光纖中基模和最小高階模電場(chǎng)分布：
將光纖類型定義成彎曲光纖，可觀察到彎曲光纖中基模和最小高階模電場(chǎng)分布
之后彎曲單模光纖教程會(huì)說(shuō)明如何計(jì)算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
然而，由于不完美的發(fā)射，或者后來(lái)由于光纖的過(guò)度彎曲（→彎曲損耗）或者由于纖芯的不均勻性(特別是對(duì)于低NA光纖)，大量功率可能進(jìn)入包層模式。
之后彎曲單模光纖教程會(huì)說(shuō)明如何計(jì)算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
當(dāng)然，我們現(xiàn)在還可以研究一些改進(jìn)的情況，例如使用八邊形泵浦包層、偏心纖芯、彎曲光纖等。這樣就可以優(yōu)化不同設(shè)計(jì)的雙包層光纖。
之后彎曲單模光纖教程會(huì)說(shuō)明如何計(jì)算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
這次，利用該模塊展示如何開(kāi)展光纖彎曲情況下的仿真分析。
初始設(shè)置如下：仿真工具為BeamPROP模塊，維度為3D，自由空間波長(zhǎng)為1.55μm，3D結(jié)構(gòu)為光纖，因?yàn)榭紤]的是空氣情況，所以背景折射率設(shè)置為1。
圖1 初始化參數(shù)設(shè)置
初始化設(shè)置后，建立光纖結(jié)構(gòu)，對(duì)光纖的包層和纖芯特性進(jìn)行設(shè)置。
