模式耦合
關注創建者：320科技工作室 創建時間：2022-08-06
模式耦合的實例教程
點擊任務欄左側的Simulation（紅綠燈），選擇XZ截面，并適當調整網格精度，點擊OK，得到仿真結果如圖所示，其中左邊的圖代表SMF中LP01模式和FMF中LP11模式之間的轉換，右圖為轉換過程中的對應的模式變化。
然后分別改變FMF的尺寸設置為8.1μm和8.8μm，分別對應模式LP21和LP02模式下的尺寸，并將監視器監測的模式改為LP21和LP02模式，仿真結果如下。可以觀察導LP01模式在相應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構成的非對稱模式選擇耦合器模型，通過設置波導的有效模式折射率以及波導寬度，動態演示了LP01模式分別與LP11模式，LP21模式和LP02模式之間的耦合過程，并且可以通過設置不同的耦合長度獲得不同的模式占比。
最后，有相關仿真需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 雙芯d型光纖的數值仿真 ￥800
當光傳輸通過雙芯D型光纖時，由于光的模式耦合和干涉效應，會形成兩個特征性的傳輸模式，被稱為"模式1"和"模式2"。利用這種結構，雙峰檢測技術可以通過光強度的變化來檢測外部環境的物理量。一般而言，當在雙芯D型光纖的一個芯端施加一定的外部壓力或應力時，會導致兩個傳輸模式的相對亮度發生變化。其中一個模式的亮度會增加，而另一個模式的亮度則會減小。通過測量這兩個傳輸模式的光強度變化，可以確定外部力的大小和方向。
雙芯D型光纖的纖芯模式是指光在雙芯D型光纖中的傳輸模式。由于雙芯D型光纖的特殊結構，光傳輸時會產生兩個不同的傳輸模式。一般而言，這兩個傳輸模式被稱為"模式1"和"模式2"。在雙芯D型光纖中，核心A和核心B分別是兩個平行的光纖芯。當光傳輸通過雙芯D型光纖時，由于光的模式耦合和干涉效應，會形成兩個主要的傳輸模式。模式1是一種在兩個纖芯之間發生的耦合效應。在模式1中，光在核心A和核心B之間來回傳輸，形成一種交替的耦合模式。模式1的光強度分布在兩個纖芯之間交替變化，產生類似碟狀的亮暗區域。模式2是一種在纖芯B中傳輸的純粹模式。在模式2中，光屬于核心B，并沿著核心B的光軸傳輸。模式2在纖芯B中的光強度分布均勻，呈現類似單纖芯光纖的光強度分布。這兩個傳輸模式的相對亮度和干涉效應取決于光傳輸的條件和環境。當雙芯D型光纖暴露于外部環境的力、壓力或應力時，會改變模式1和模式2的亮度分布，從而實現對外部物理量的檢測和測量。
本案例基于建立的雙芯D型光纖結構，基于COMSOL軟件數值仿真得到電場分布結果，如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎下載模型！
展開 結論表明，影響增益分布，雖然通常不嚴重，但已發生諧振模式耦合。
圖形如下：
圖1為功率與光束半徑隨時間的變化。在每次往返后自動存儲相應數據。（運行其它圖形還需先獲得該圖形）
圖2為脈沖產生后，釹離子激發的空間分布。
圖3為脈沖產生過程中，光束分布的變化。
若用戶設置變量L_air（晶體與端面反射鏡）達25mm，（取代20mm，或30mm），諧振模式耦合占主導，嚴重改變輸出結果，影響增益分布。
了解更多說明，詳見網頁版：http://www.rp-photonics.com/fiberpower_qs_yag_bp.html.
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展開 嗨親愛的小伙伴們再次碰面啦，鑒于近期大家主要對于耦合機理及耦合光源的要求比較高，在本期我所講述的model是基于七芯波導構建成波導耦合器的案例，從本案例的講述可以幫助大家對于模式耦合基本理念有一個較為基礎性的學習。那么下面跟隨我的腳步一起去探究一下吧~
全局變量設定（圖1）
在本模塊中，我們基于光波導傳輸的機理，選取的模塊為beamprop模塊，在設定的過程中由于當各個纖芯波導的間距減小的作用則會有光波導耦合的作用，在這里我們等價為雙層波導介質，即設定背景折射率為包層折射率。通過改變纖芯之間的尺寸大小以及纖芯的幾何尺寸大小進而產生模式耦合的作用。基本的設定如上圖1所示，在這里就不進行過多贅述了。詳情可翻看以往案例介紹。
圖2（七芯光纖波導耦合器幾何形狀）
由于光纖耦合器中在光纖直徑相對小，間距相對小的情況下，光能量的耦合作用最佳，所以我們針對于某個較為理想尺寸下的橫截面波導進行延展得以分析，三維結構幾何建模如上圖所示。再設定的過程中我們設定光纖纖芯直徑為4.4微米，纖芯與纖芯之間的橫向距離為d/2,縱向距離為d/2*1.732。
亦或者可以采用陣列的方式來進行操作，進而得到六邊形分布的七芯光波導陣列形式。
圖3 監測模擬配置
由于在監測過程中我們需要對每個纖芯波導進行實時監控，因此在檢測路徑中選取四種不同的檢測路徑，在包層環境背景折射率下以纖芯基本模式LP01模式作為監測光源進行配置，且其尺寸大小與纖芯波導尺寸大小相等。
圖4 激發光源配置
分析結構的激發光場及細節配置如上圖所示，同樣的道理我們設定以中間芯作為激光模式廣場的入射中心，并且以纖芯基模模式光作為入射光源得以進行分析。
展開 本期是Lumerical系列中無源器件專題-復用器件的第三期，涉及的器件是模式（解）復用器，該器件基于逆向設計，采用的是DBS算法進行優化。本文將從該器件的研究背景進行介紹，然后給出所設計器件的初始結構以及工作原理，提出了兩種子單元類型的功能區，包括圓形子單元和方形子單元，采用DBS算法對其功能區進行優化，最后將兩種結構的性能進行對比。
背景介紹
模分復用（MDM）技術是利用多種正交模式作為通信信道，這些信道之間互不干擾，可以顯著提高傳輸容量，成為解決容量問題的有效方案。其中，模式（解）復用器是最基本的器件，它能將多個分支波導中的基模復用到同一個總線波導中的高階模進行并行傳輸，反之也能將總線波導中的高階模分解為多個分支波導中的基模。
現有的硅基模式（解）復用器包含多種結構，按照其工作原理可分為模式耦合型和模式轉化型。其中模式耦合型的結構包括非對稱定向耦合器（ADC）、微環諧振器（MRR）以及光柵輔助耦合器（GACs）。這些結構通常具有較小的尺寸以及低損耗的特性。ADC結構可以通過級聯擴展為多個模式，而MRR結構可以實現模式和波長的混合（解）復用。然而，這些基于模式耦合的結構需要嚴格的相位匹配條件，這會導致較窄的工作帶寬。基于模式轉化的結構包括絕熱耦合器（AC）、Y分支、多模干涉（MMI）耦合器等。這些結構可以實現相對較寬的工作帶寬，大于50 nm，甚至高達100 nm。然而，這些結構需要足夠的長度來完成模式轉化，往往會導致較大的器件尺寸。最近，又興起一種基于逆向設計的模式（解）復用器，雖然已經報道了多種基于逆向設計的高集成度模式（解）復用器，但為了進一步減小器件的尺寸，本篇文章將逆向設計的功能單元與AC結構相結合，增強了模式轉化的效率，可以顯著減小器件長度。
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圖4 （a）結構示意圖；（b）群折射率
圖5 FDE求解器參數設置
除此之外，我們還知道MRR的耦合長度可以由對稱和反對稱耦合模式的有效折射率之差確定，可由下式表示：
因此，我們將FDE求解器放置在耦合區域處，如圖6（a）所示。
現有的硅基模式（解）復用器包含多種結構，按照其工作原理可分為模式耦合型和模式轉化型。其中模式耦合型的結構包括非對稱定向耦合器（ADC）、微環諧振器（MRR）以及光柵輔助耦合器（GACs）。這些結構通常具有較小的尺寸以及低損耗的特性。ADC結構可以通過級聯擴展為多個模式，而MRR結構可以實現模式和波長的混合（解）復用。然而，這些基于模式耦合的結構需要嚴格的相位匹配條件，這會導致較窄的工作帶寬。
圖4（a）Double Bus Ring Resonator的選擇流程圖；（b）Optical N Port S-Parameter的選擇流程圖
仿真步驟：
1）選擇光譜分析儀以及4個Double Bus Ring Resonator ；
2）設置相關參數，包括光譜分析儀的頻率范圍、Double Bus Ring Resonator的模式屬性、耦合系數、環形諧振腔周長等參數；
3）連接各個元件
本期主要展示從設計端面耦合器，到參數優化以實現模式的最大耦合效率，最后利用端面耦合器的S參數在INTERCONNECT中生成緊湊模型的整個流程。
引言
集成光子芯片中光的輸入和輸出有兩種常用方法，即通過光柵耦合器或端面耦合器。雖然光柵耦合器為從芯片上的任何位置輸入和輸出光提供了一種非破壞性解決方案，但由于光柵耦合器的色散工作原理，其帶寬可能受到限制。
在沒使用MWSs結構時，LP01，LP11a和LP11b模式總耦合損耗分別為1.28 dB，1.82 dB和3.16 dB。相比之下，當使用MWS結構時，其耦合損耗分別顯著降低至0.46 dB、0.51 dB和0.57 dB。
PLC模式多路（解）復用器
基于三通道PLC的偏振不敏感模式（解）復用器如圖2（a）所示。包括耦合器a、模式旋轉器和耦合器b。
圖6邊緣耦合器的制造工藝流程
（二）性能指標：低損耗、寬帶寬、偏振不敏感
測試系統采用可調諧激光器（1510-1600nm）與光功率計，結果顯示：
1、1550nm處，TE/TM模式耦合損耗分別為1.21dB/1.78dB，偏振相關損耗（PDL）僅0.5dB。
2、1dB帶寬超90nm（受激光器范圍限制），1510-1600nm內損耗波動<1dB。
未來改進措施（如引入高耦合效率邊緣耦合器和模式轉換器）將進一步降低PSW TFLNMZM的整體插入損耗。
圖 2 a) PSW橫截面尺寸示意圖，b) 模式轉換器示意圖，c) MMI示意圖。d) 調制效率與損耗的乘積與橫截面尺寸的關系。e) 模式轉換器的模擬Ez分量。f) MMI的模擬E分量。g) 模式轉換器與MMI的模擬插入損耗。
從技術機理來看，該耦合模式通過 “Simulink 精準控制諧波注入 - EXCITE M 高精度仿真機電耦合效應” 的協同，從電流優化切入抑制電磁力脈動源頭，再通過結構傳遞路徑削弱振動激勵，形成了 “控制策略優化 - 仿真驗證 - 工程落地” 的完整閉環；其工程價值不僅在于為電驅系統 NVH 優化提供了高效、精準的仿真工具組合，還能為后續控制參數精細化標定與結構設計改進提供數據支撐，助力實現 “控制策略
用戶可根據 Stokes 數選擇單向或雙向耦合模式，在保證計算精度的同時兼顧效率，為壓氣機葉片材料選擇、結構優化及維護周期制定提供數據支持。
在吸雨吸雹仿真方面，VirtualFlow 軟件構建了多尺度顆粒模擬能力，提供差異化解決方案：對于雨滴，考慮其破碎、碰撞聚并、蒸發傳熱及與高溫壁面的相互作用；對于冰雹，重點模擬大顆粒運動與空氣的雙向動量耦合、顆粒間碰撞及相變過程。
該部件可使列車操作員在15米長車廂的手動/自動耦合模式間切換，并手動解除載貨空間超60立方米的貨運車廂駐車制動。
在優化過程中，首先將原始部件導入MSC Apex Generative Design軟件平臺。利用幾何工具在現有空間基礎上擴展了設計空間（即算法允許布置材料的區域）。原部件材料為可鍛鑄鐵，為適配增材制造工藝需求，更改為316L不銹鋼材質。
