光纖模式分析的案例
免費參會領福利 |《使用 RP Fiber Power 進行光纖模式分析及摻鉺放大器的自發放大輻射演示》線上研討會
RP Fiber Power 是一款用于設計和優化光纖設備的功能強大的建模軟件，用于設計和優化光纖器件 - 特別是光纖放大器和激光器以及其他類型的波導激光器，還有光纖耦合器，多芯光纖，螺旋芯光纖和錐形光纖等。
摻鉺光纖放大器以其獨有的優勢確立了其在光通信領域的地位，對于全光通信技術的發展有著重要的意義。摻鉺光纖中的自發輻射噪聲是影響摻鉺光纖放大器工作性能的重要因素；同時作為摻鉺光纖激光器的起振源，也是影響其工作特性的重要因素。所以人們對于摻鉺光纖自發輻射噪聲的研究從未停止。
考慮更多用戶在光學設計應用中的需求，武漢墨光將在1月18日開展《使用 RP Fiber Power 進行光纖模式分析及摻鉺放大器的自發放大輻射演示》線上研討會。將通過介紹軟件相關的應用概述及實操案例演示，讓大家熟悉了解如何使用 RP Fiber Power 進行相關設計分析（文末還有免費福利領取）。以下是本次研討會的具體介紹：
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使用 RP Fiber Power 進行光纖模式分析
及摻鉺放大器的自發放大輻射演示
01 會議大綱
RP Fiber Power 軟件應用概述
RP Fiber Power 用戶界面(新模式 Power Forms）
RP Fiber Power 案例演示：
1.光纖模式分析
2.摻鉺放大器的自發放大輻射
02會議詳情
1.主辦單位：武漢墨光科技有限公司
2.會議講師：武漢墨光科技資深光學工程師
3.
展開 RP Fiber Power 無源光纖之光纖模式
圖6顯示了光纖模式的遠場分布，因為它們可以在距離光纖末端較遠的地方觀察到。它們看起來類似于近場分布,但不是完全一致。(你不能指望某一光纖的模式同時是自由空間的模式)還要注意的是，例如，盡管所有的LP0m模都近似地填滿了整個光纖芯，因此具有相似的尺寸，發散度(在遠場中看到的)隨著m的增加而顯著增大。
圖6:與圖5相同的光纖的遠場分布。我們可以區分纖芯模和包層模。
還有許多非導模，稱為包層模式，可以擴展到整個包層(和纖芯)。由于包層通常比纖芯大得多，并且通常具有更高的數值孔徑(由于包層折射率與涂覆層折射率對比度較大)，包層通常比纖芯有更多的模式。
如果折射率分布呈圓柱對稱，我們就得到了所謂的LP模式。這些是相對容易數值計算的,即使是對任意徑向折射率具有依賴性的光纖,而不僅僅是階躍折射率光纖。例如，RPFiber Power軟件可以在不到一秒的時間內計算出我們的階躍折射率光纖的所有模式，而且對于超高斯徑向分布也同樣快。對于非徑向對稱的折射率分布，需要更復雜的數值方法來計算所有模式，這需要更多的計算時間。
模式的基本特性
現在我們來看看模式的各種有趣現象:
如前面所述，模式的強度分布在光纖中傳輸時保持恒定(見圖6)，至少在無損耗情況下是這樣。另外，復相位與傳輸長度成比例： φ=βz，β-相位常數。
注意，這種相位變化在所有的橫向位置都相等。每一種模式都有其自己的β 值，盡管可能出現模式退化(對于不同的模式有相同的β 值)。
圖7:LP37模的光束輪廓演變過程。強度曲線保持不變。
對于無損耗光纖，模式的相位前沿總是平面的。波印廷矢量，顯示能量流的方向，在整個模式分布中總是平行于光軸。
如果有傳輸損耗，例如由于光纖纖芯中的摻雜，模式會有所改變。
展開 基于Rsoft的光纖S-taper性能研究分析
今天向大家介紹一下s錐結構的模型，并且針對于結構中的光纖模式能量進行了分析：
Step1:配置環境變量，具體如圖1所示，還是老樣子哦~
圖1 基本環境變量配置
選用研究模塊：beamprop
入射光中心波長：1.55微米
環境介質：1.0（空氣）
光纖直徑：125微米（包） 8.2微米（纖芯）
結構：fiber
折射率：1.45205（芯）1.44681（包）
Step2:幾何構建
圖2 參量設置
圖3 s-taper結構制作
操作提示：主要在幾何cad結構處選用arc函數來進行幾何體的構建，按照上述變量設置我們可以控制好taper的程度等，以便于進行參數化掃描。
Step3:模擬運算
圖4運算配置
操作技巧：在這里我們選擇光纖模式的基模模式作為入射光源頭入射到光纖錐結構并采用x-z平面視覺進行觀察，其結果如圖5所示。
圖5 s-taper光場模擬
如圖所示，我們可以很明顯的看到當入射光在光纖中傳輸時，由于s-taper的作用部分纖芯中傳輸的光能量將會以倏逝波的形式泄露到包層區域，以及光纖結構外部中，纖芯中的能量發生損耗，同時可與外界媒介實現了能量交換的作用。
進一步地研究分析我們可以研討該結構中主要發生的光纖模式干涉作用，由于能量擴散到包層中會存在諸多包層模式，因此筆者簡單枚舉了一些低階光纖模式進行分析，操作如圖6-1，只需在監視器設置好監視路徑以及所需要的光纖模式名稱諸如LP11等，便可以得到不同光纖模式能量的分布情況，如下所示。我們可以發現在錐區中部會發生很明顯的能量耦合作用，因此這也便是光纖錐常用于光纖傳感的主要手段哦！
圖6 光纖中各階光纖模式傳輸能量對比
希望能幫助到大家，我們一同進步，一同加油哦，請大家繼續關注下一期科普小推薦哦~
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展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻鍺光纖的模式特性
該程序是用于計算光纖模式特性較為復雜的案例。采用摻鍺的多模光纖,一定鍺濃度下超高斯橫向分布。纖芯折射率位于硅與鍺之間,取決于鍺含量。硅與鍺的折射率可由Sellmeier定理計算,與波長有關,需要進行色散計算。模式求解方法(2．5節)提供了相關函數,可計算所有模式的有效折射率、群折射率、群速度色散等。
RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件一光纖模式分布的計算
文件：Fiber modes ．fpw
（對應表格操作文件Fiber modes ．fpi）
簡要的說，該程序通過對整體模型求解計算了光纖模式的分布。
該腳本程序需定義折射率分布值。通過數行程序代碼，依次讀取折射率值，插值繪制折射率函數n＿f（r）圖形。
以下為程序運行后，光纖模式特性相關圖形：
圖1為徑向函數圖形，不同顏色曲線對應不同的ι值。圖中，也表明了折射率分布及模式的有效折射率。
圖2為選定模式的強度分布圖樣。
圖3為模式數與波長的關系曲線。在波長為1．96um時僅存在單模形式。
圖4為表明有效折射率與波長有關，折射率增大到包層折射率大小時，對應截止波長。
圖5為纖芯內對應所有模式及波長的功率。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—多模光纖內光束的特性(模式分布的模擬)
該程序模擬了幾種導波模式下光纖內光束的傳輸特性。采用高斯光束入射，可與纖芯偏移，也可相對光纖軸向傾斜入射。此程序計算了所有模式的振幅分布，也可有效計算光纖輸出端的強度分布。除各輸出模式功率的計算之外，也可獲得以下圖形：
圖1為各導波模式的功率與入射光束位置的關系。
圖2為個導波模式的功率與光束斜入射角的關系。
圖3為給定光束偏移量下輸出光束的強度分布。
圖4為給定光束斜入射角下輸出光束的強度分布。
光纖光源聚焦模式的像差效應
階躍折射率光纖建模任務
光纖是光學系統中廣泛使用的光源。因此，研究光學系統的像差對光纖模式傳播的影響是有意義的。在本用例中，我們使用VirtualLab Fusion中的快速物理光學引擎來演示由階躍或梯度折射率光纖產生的一組模式的形狀，以及由它們的組合產生的光場，如何受到有像差的光學系統的影響。
[VirtualLab] LP光纖模式計算器
摘要
光纖模式計算器可用于計算在圓柱對稱光纖中傳播的線偏振 (LP) 模式，可以是單芯的階躍折射率，也可以是無限拋物線剖面的漸變折射率。 描述這些模式的相應多項式是用于階梯折射率光纖的 Bessel 和用于漸變折射率光纖的 Laguerre。 此用例展示了如何使用計算器以及如何配置模式的采樣參數。
配置光纖結構：Step-Index Fiber（階躍折射率光纖）
光纖模式計算器允許定義線性偏振貝塞爾模式和線性偏振Laguerre模式。
在階躍折射率光纖中，傳播模式是貝塞爾類型。 對于這種配置，需要定義纖芯和包層的材料，并且必須指定傳播模式的數量（所有其他模式都被截斷）。
配置光纖結構：漸變折射率 (GRIN) 光纖
光纖模式計算器允許定義線性偏振貝塞爾模式和線性偏振拉蓋爾模式。 對于 GRIN 光纖，定義了梯度常數。 然后通過下式計算折射率
與前一種情況一樣，需要定義所需傳播模式的數量。
傳播常數的計算
繪制級次索引、傳播常數和 neff
傳播模式的計算和顯示
文件信息
展開 線性偏振光纖模式
LP 光纖模式計算器
為了展示這些功能，我們選擇了一個更詳細地涵蓋 LP 光纖模式計算器的用例，以及另一個示例，該示例演示了某種像差組合如何使從我們的光纖源發出的模式的形狀發生改變。
相關的 LP 模式源可以與多光源結合使用，以將有限數量的這類模式一起配置為光學系統中的光源，這用來模擬離開給定光纖的場。 這可以模擬離開光纖的場將如何通過復雜光學系統的其余部分進行傳播，和如何轉換。
為了總結我們關于光纖建模的系列文章，本周我們將介紹 VirtualLab Fusion 為其在該領域的用戶提供的另一套工具。 借助線性偏振 (LP) 光纖模式計算器，可以生成和研究分別描述在多模階躍或漸變折射率光纖中傳播的光纖模式的貝塞爾和拉蓋爾多項式。
來自光纖光源的聚焦模式的像差效應
光纖模式計算器可用于計算可在單芯階躍折射率光纖或無限拋物線型漸變折射率光纖中傳播的線性偏振 (LP) 模式。
展開 JCMsuite—單模光纖傳播模式
在本教程項目中，我們計算了帶有摻雜二氧化硅芯的圓柱形光纖的基本傳播模式。
磁芯具有相對介電常數?core=2.113和直徑dcore=8.2μm。包層具有相對介電常數?cladding=2.1025和直徑dcladding=80μm。我們假定磁場的切向分量在外邊界上消失。我們想在1.5附近找到兩個本征模，這是我們對有效折射率的最初猜測。基本示例propagation Mode中給出了輸入文件所需參數的詳細描述。
下圖顯示了兩個計算本征模的電場的z分量(對數尺度下)。兩者都屬于相同的有效折射率，屬于雙重簡并。特征值存儲在文件eigenvalues.jcm中。
之后彎曲單模光纖教程會說明如何計算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
展開 【VirtualLab】LP光纖模式計算器
摘要
光纖模式計算器可用于計算在圓柱對稱光纖中傳播的線偏振 (LP) 模式，可以是單芯的階躍折射率，也可以是無限拋物線剖面的漸變折射率。描述這些模式的相應多項式是用于階梯折射率光纖的 Bessel 和用于漸變折射率光纖的 Laguerre。此用例展示了如何使用計算器以及如何配置模式的采樣參數。
配置光纖結構：Step-Index Fiber（階躍折射率光纖）
光纖模式計算器允許定義線性偏振貝塞爾模式和線性偏振Laguerre模式。
在階躍折射率光纖中，傳播模式是貝塞爾類型。對于這種配置，需要定義纖芯和包層的材料，并且必須指定傳播模式的數量（所有其他模式都被截斷）。
配置光纖結構：漸變折射率 (GRIN) 光纖
光纖模式計算器允許定義線性偏振貝塞爾模式和線性偏振拉蓋爾模式。對于 GRIN 光纖，定義了梯度常數。然后通過下式計算折射率
與前一種情況一樣，需要定義所需傳播模式的數量。
傳播常數的計算
繪制級次索引、傳播常數和 neff
傳播模式的計算和顯示
文件信息
展開 
線偏振(LP)光纖模式計算器
摘要
光纖模式計算器可用于計算具有單核的階躍折射率或具有無限拋物線輪廓的漸變折射率的圓柱對稱光纖中的線偏振(LP)傳播模式。描述這些模式的相應多項式是階躍折射率光纖的貝塞爾(Bessel)多項式和漸變折射率光纖的拉蓋爾(Laguerre)多項式。本應用案例說明了如何使用計算器和模式場的采樣參數的配置。
配置光纖結構：階躍折射率光纖
設置光纖結構：階躍折射率光纖
計算傳播常數
顯示傳播常數
計算和顯示傳播模式
VirtualLab Fusion中查看
光纖結構的快捷設置
文檔信息
展開 LP光纖模式計算器
配置光纖結構：Step-Index Fiber（階躍折射率光纖）
光纖模式計算器可用于計算在圓柱對稱光纖中傳播的線偏振 (LP) 模式，可以是單芯的階躍折射率，也可以是無限拋物線剖面的漸變折射率。 描述這些模式的相應多項式是用于階梯折射率光纖的 Bessel 和用于漸變折射率光纖的 Laguerre。 此用例展示了如何使用計算器以及如何配置模式的采樣參數。
JCMsuite—單模光纖傳播模式
在本教程項目中，我們計算了帶有摻雜二氧化硅芯的圓柱形光纖的基本傳播模式。
磁芯具有相對介電常數?core=2.113和直徑dcore=8.2μm。包層具有相對介電常數?cladding=2.1025和直徑dcladding=80μm。我們假定磁場的切向分量在外邊界上消失。我們想在1.5附近找到兩個本征模，這是我們對有效折射率的最初猜測。基本示例propagation Mode中給出了輸入文件所需參數的詳細描述。
下圖顯示了兩個計算本征模的電場的z分量(對數尺度下)。兩者都屬于相同的有效折射率，屬于雙重簡并。特征值存儲在文件eigenvalues.jcm中。
之后彎曲單模光纖教程會說明如何計算彎曲單模光纖的基本傳播模式。
展開 VirtualLab：光纖光源聚焦模式的像差效應
摘要
光纖是光學系統中廣泛使用的光源。因此，研究光學系統的像差對光纖模式傳播的影響是有意義的。在本用例中，我們使用VirtualLab Fusion中的快速物理光學引擎來演示由階躍或梯度折射率光纖產生的一組模式的形狀，以及由它們的組合產生的光場，如何受到有像差的光學系統的影響。
階躍折射率光纖建模任務
線偏振模式計算器
光纖模式的光源
衍射圖樣
從單模光源切換到多模光源
從單模光源切換到多模光源
梯度折射率光纖建模任務
光源模式和衍射圖樣
VirtualLab Fusion技術
文件信息
展開 