光纖損耗仿真的案例
光纖損耗的類型及標準，如何計算光纖損耗？
在光纖安裝中，對光纖鏈路進行準確的測量和計算是驗證網絡完整性和確保網絡性能非常重要的步驟。光纖內會因光吸收和散射等造成明顯的信號損失（即光纖損耗），從而影響光傳輸網絡的可靠性。那么如何才能知道光纖鏈路上的損耗值呢？本文將教您如何計算光纖鏈路中的損耗以及如何判斷光纖鏈路的性能。
終將渡過成長的海
01
正文
光纖損耗的類型
光纖損耗也被成為光的衰減，是指光纖發射端和接收端之間的光損耗量。造成光纖損耗的原因有多種，如光纖材料對光能的吸收/散射、彎曲損耗、連接器損耗等。
總而言之，造成光纖損耗主要有兩大原因：內部因素（即光纖固有的特性）和外部因素（即光纖操作不當引起的），由此光纖損耗可分為本征光纖損耗和非本征光纖損耗。本征光纖損耗是光纖材料固有的一種損耗，主要包含了因結構缺陷引起的吸收損耗、色散損耗和散射損耗；而非本征光纖損耗主要包含了熔接損耗、連接器損耗和彎曲損耗。
光纖損耗的標準
電信工業聯盟（TIA）和電子工業聯盟（EIA）攜手制定了EIA/TIA標準，該標準規定了光纜、連接器的性能和傳輸要求，如今在光纖行業中被廣泛接受和使用。EIA/TIA標準明確了最大衰減是光纖損耗測量時最重要的參數之一。實際上，最大衰減是光纜的衰減系數，以dB/km為單位。下圖顯示了在EIA/TIA-568規范標準中不同類型光纜的最大衰減。
展開 基于mode模塊的光纖彎曲損耗模擬
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在彎曲過程中能量損失的情況。基于Lumercial mode模塊展開細致化研究分析模擬。
所選用的計算是基于FDE算法而展開的。
首先建立光纖幾何波導，以及配置好彎曲的結構模型：
圖1 彎曲光纖波導三視圖
如圖1所示為彎曲光纖波導的三視圖，細節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 模擬區域設置
在完成基本光纖波導幾何配置后，設定模擬區域參數設置如上所示，模擬在300k環境介質為空氣環境下進行。邊界條件為金屬邊界條件。在進程check材料檢驗后，選擇運行按鈕進行運算。
如下圖5所示，為彎曲波導模式計算細節處理：
模擬的中心波長為1.55微米
計算的為前15個偏振模式
勾選上彎曲波導計算，設定彎曲波導的曲率半徑為9.1e6微米
隨后進行運算。
圖5 彎曲波導模式計算參數配置
圖6 彎曲波導模式計算結果
如圖6所示為光纖波導在彎曲后計算的模式部分結果，可以計算得到1.55微米中心波長下對應各階光纖模式的有效折射率數值。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分布圖（部分數值結果），可以發現傳輸光線模式由于彎曲導致部分模式場的分布發生畸變。
圖7 彎曲波導模式電場分布圖
最后，有相關需求歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡。
展開 基于optisystem光纖損耗特性與色散特性的研究
目前,光纖通信系統主要工作在1310nm波段和1550nm波段上,尤其是1550nm波段,長距離大容量的光纖通信系統多工作在這一波段。
圖 3?1 光纖的損耗譜曲線
光纖的損耗譜形象地描繪了衰減系數與波長的關系。從光纖損耗譜可以看出,衰減系數隨波長的增大呈降低趨勢;損耗的峰值主要與OH-離子有關。另外,波長大于1600nm時損耗增大的原因是由于石英玻璃的吸收損耗和微(或宏)觀彎曲損耗引起的。目前,光纖的制造工藝可以消除光纖在1385 nm附近的0H-離子的吸收峰,使光纖在整個(1300~1600)nm波段都有很低的損耗。
損耗受限系統的中繼距離
實際的光纖通信系統設計中，往往要綜合考慮光纖衰減的影響，從而找出光纖的最佳中繼距離，以實現可靠穩定的傳輸效果。
實驗內容
模型構建
在OptiSystem中建立如圖3-2所示的損耗受限光纖傳輸系統仿真模型。激光器作為信號輸入端，通過插入損耗為0.5dB的連接器接入光纖。光纖衰減為1.2dB/km,通過連接器接入光學帶通濾波器，濾除因激光器頻率特性不好而輸出的非信號波長成分，然后通過，光電二極管進行光電轉換，通過低通濾波器過濾出傳輸的信號。
圖 3?2 損耗受限光纖傳輸系統仿真模型
中繼距離的理論計算
根據公式3-1可以知道光纖通信系統中各個部分應滿足的指標。
?????????=??????+????+????+?? （式3-1）
其中Pt=發射機功率，ALf=光纖損耗，La=額外損耗，Sr=接收器靈敏度，Lc=耦合器損耗，M=功率差。
仿真驗證
在OptiSystem中進行仿真驗證式3-1的計算結果.
如有需要歡迎通過公眾號“320科技工作室”與我們聯絡
展開 基于optisystem的光纖損耗特性與色散特性的研究
目前,光纖通信系統主要工作在1310nm波段和1550nm波段上,尤其是1550nm波段,長距離大容量的光纖通信系統多工作在這一波段。
圖 3?1 光纖的損耗譜曲線
光纖的損耗譜形象地描繪了衰減系數與波長的關系。從光纖損耗譜可以看出,衰減系數隨波長的增大呈降低趨勢;損耗的峰值主要與OH-離子有關。另外,波長大于1600nm時損耗增大的原因是由于石英玻璃的吸收損耗和微(或宏)觀彎曲損耗引起的。目前,光纖的制造工藝可以消除光纖在1385 nm附近的0H-離子的吸收峰,使光纖在整個(1300~1600)nm波段都有很低的損耗。
損耗受限系統的中繼距離
實際的光纖通信系統設計中，往往要綜合考慮光纖衰減的影響，從而找出光纖的最佳中繼距離，以實現可靠穩定的傳輸效果。
實驗內容
模型構建
在OptiSystem中建立如圖3-2所示的損耗受限光纖傳輸系統仿真模型。激光器作為信號輸入端，通過插入損耗為0.5dB的連接器接入光纖。光纖衰減為1.2dB/km,通過連接器接入光學帶通濾波器，濾除因激光器頻率特性不好而輸出的非信號波長成分，然后通過，光電二極管進行光電轉換，通過低通濾波器過濾出傳輸的信號。
圖 3?2 損耗受限光纖傳輸系統仿真模型
中繼距離的理論計算
根據公式3-1可以知道光纖通信系統中各個部分應滿足的指標。
?=+++ （式3-1）
其中Pt=發射機功率，ALf=光纖損耗，La=額外損耗，Sr=接收器靈敏度，Lc=耦合器損耗，M=功率差。
仿真驗證
在OptiSystem中進行仿真驗證式3-1的計算結果.
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展開 
JCMsuite案例展示：光纖單模光纖的仿真分析
在案例中，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和直徑。包層具有相對介電常數和直徑。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。
光纖激光器設計軟件 | RP Fiber Power 仿真環形腔光纖激光器模型
今天講講在 RP Fiber Power 里面仿真環形腔光纖激光器。首先，RP Fiber Power 里面有單位的定義和光譜數據的集合文件（根據需求也可以自定義），我們可以直接調用；然后，定義光纖的結構，信道等基本參數和模型的搭建；最后，使用自帶的函數和命令，顯示想要輸出的數值結果和圖形輸出。下圖顯示了環形腔摻Yb光纖激光器的模擬結果。
（1）光纖中不同位置處的功率分布情況
（2）輸出功率隨輸入功率變化情況
（3）不同光纖長度下的功率分布情況
（4）徑向函數圖
點擊查看軟件介紹：
RP 系列 激光分析設計軟件
展開 光纖建模和效率仿真！ASAP激光光纖耦合功能介紹研討會即將召開
ASAP 高級光學系統分析軟件在光纖建模和光纖耦合分析方面有著廣泛的應用。
在使用 ASAP 高級光學系統分析軟件進行光纖建模時，可以通過定義光纖的幾何參數、折射率分布、光源類型等信息來進行精確建模。然后，通過模擬光線在光纖內的傳播路徑和行為，可以分析光纖的傳輸特性、損耗、耦合效率等關鍵指標。
在這個過程中，確保光信號的高效傳輸和最小損耗是至關重要的。ASAP 高級光學系統分析軟件能夠模擬和分析光纖耦合過程中的各種光學現象。
光纖耦合分析
ASAP 高級光學系統分析軟件提供了一系列的工具和功能，用于模擬和分析光纖耦合過程。這些工具可以幫助工程師優化光纖的設計，確保光信號的高效傳輸。
通過 ASAP 高級光學系統分析軟件的物理光學分析功能，用戶可以研究光纖耦合過程中的衍射效應、偏振等波動光學現象，從而更好地理解和控制光的傳播特性。
教育資源和研討會
通過介紹“ ASAP 高斯光源、ASAP 光纖建模以及激光光纖耦合效率仿真”三大議題，研討會成員可以獲得關于光纖耦合系統設計的重要見解，從而進行必要的優化和改進。
武漢墨光科技有限公司是 ASAP 高級光學系統分析軟件的官方代理商，提供了豐富的教育資源和研討會，幫助用戶更好地理解和使用 ASAP 高級光學系統分析軟件進行光纖建模和光纖耦合分析。
我公司對于 ASAP 高級光學系統分析軟件的教育資源包括線上研討會、視頻演示、入門資料合集等，旨在提高用戶對 ASAP 高級光學系統分析軟件的認識和操作技能。希望廣大工程師和研究人員通過使用 ASAP 高級光學系統分析軟件可以優化光纖耦合系統的設計，提高系統的性能和可靠性。
研討會詳情：
免費研討會 | 《ASAP 激光光纖耦合功能介紹》，速來領福利！
展開 MEMS 器件的仿真優化---降低微鏡的阻尼損耗
我們還生成了一個繪圖（下圖右）來說明熱損耗和粘滯損耗引起的阻尼振動。綠色曲線表示當周圍空氣沒有耦合到微鏡運動時，微鏡的無阻尼響應。通過時域仿真可以研究系統的瞬態行為，例如衰減時間以及系統對非簡諧力的響應。
微鏡位移和壓力分布（左）以及微鏡位移的瞬態演變（右）。
除此之外，我們還可以研究微鏡周圍的聲學溫度變化。微鏡表面的等溫條件產生聲熱邊界層。和頻域示例一樣，最高溫度和最低溫度位置相反。
此外，通過計算微鏡的聲速變化可以看出，微鏡表面的無滑移條件會產生粘性邊界層。
聲學溫度變化（左）和聲速變化中的x 分量（中）和 z 分量（右）。
來源：COMSOL
展開 2025大賽優秀作品 | 有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的有限元仿真
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應用大賽優秀作品展示
本屆仿真應用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導體、高科技、能源等行業的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創新實踐，充分展現了仿真技術的無限潛能。從本期起，我們將陸續為大家分享獲獎佳作，帶您一同領略仿真賦能創新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感、啟迪思路。
作品名稱：有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的有限元仿真
作者：福州大學電氣工程與自動化學院 | 秦家正/汪晶慧/江盛凌
關鍵詞：磁心損耗、有限元仿真、有直流偏磁的PWM波電壓
作者說
Ansys Maxwell 有限元仿真軟件利用有限元分析求解已知邊界條件的泊松方程或者麥克斯韋方程獲得磁性元件的磁矢位分布，進而得到磁通密度分布，其可精確地獲得磁心內磁通密度分布。然而，其內部自帶的磁心損耗密度模型不足以支持現有功率變換器中磁性元件磁心損耗仿真計算。但是，結合有限元仿真軟件Maxwell 和PyAnsys 二次開發接口，給有直流偏磁PWM波電壓勵磁磁心損耗的精確仿真提供有力支持。并且有望實現更復雜的高低頻復合波勵磁磁心損耗的精確仿真計算。
功率變換器中磁性元件的勵磁波形
有直流偏磁高頻脈寬調制波（Pulse Width Modulation, PWM）電壓勵磁的磁心損耗精確計算是業內難點。
展開 Comsol空芯反諧振光纖仿真
空芯反諧振光纖采用反諧振式反射波導的導光機理，利用玻璃壁在包層構成類似法布里-珀羅諧振 腔的結構，通過控制入射波長和玻璃壁厚度控制諧振條件和反諧振條件。當滿足諧振條件時，玻璃壁形成的諧振腔透射最大而反射最小，纖芯內的光大量地通過透射泄漏至包層；而當滿足反諧振條件時，該諧振腔透射最小而反射最大，光通過反射被限制在纖芯，從而形成光波導。
首在物理場中選擇波動光學，添加頻域并選擇模式分析
其次，在全局定義中對反諧振光纖進行參數定義，具體參數如下：
按照上述參數對空芯光纖進行幾何建模后，對相應區域賦予相應的材料屬性。幾何模型最外側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格進行劃分，網格劃分小于波長的四分之一；
在模式分析計算中有效折射率按靠近纖芯值去計算，通過對包層管壁厚度進行掃面可以得到產生反諧振時包層厚度：
以下為直光纖中基模和最小高階模電場分布：
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分布：
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展開 基于Rsoft的偏心單模光纖數值仿真
仿真是選擇BeamPROP模塊的波束包絡法對偏心單模光纖進行仿真，圖1為仿真模型，紅色柱體為單模光纖的包層，包層折射率為1.45，藍色和綠色為單模光纖的纖芯，纖芯折射率為1.46。其中藍色纖芯與綠色纖芯相偏差4μm。建立好模型設置好參數后，設置路徑，并且對路徑的能量進行監測。
圖1 偏心單模光纖建模圖
如圖2分別波長1550nm和1560nm的偏心結構的縱向功率分布圖，光源從纖芯輸入，到中間偏心部分后光被分成兩部分一部分進入纖芯，另一部分進入包層，然后纖芯中的光和包層中的光再匯入單模光纖，由于纖芯和包層的折射率不同，所以傳播相等距離后兩部分匯聚的光會產生光程差，從而產生馬赫—曾德干涉儀(Mach-Zehnder; inter-ferometer)。
圖2 縱向功率分布圖
通過掃描多個波長的縱向功率分布，最后可以得出1560~1650nm波長范圍干涉儀的透射光譜，仿真得到透射光譜如圖3所示，從圖中可以看出透射譜有明顯的干涉峰，可以作為傳感的參考點。當外界環境或者光線自身發生微小變化時參考峰發生移動，從而實現傳感。
圖3 透射光譜
最后對模型進行優化，可以改變偏移量、長度、光線類型等，最后求出合適的模型結構，提高靈敏度。如圖4是將偏芯光纖長度縮短為一半仿真出的透射譜，偏芯長度越短，自由光譜范圍約小。
圖4 優化后的透射光譜
歡迎通過公眾號"320科技工作室"給我們提供建議
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雙芯d型光纖的數值仿真 ￥800
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！
Ansys Lumerical | 光子晶體布拉格光纖仿真應用
01 說明
FDE求解器可用于精確計算任意復雜結構的模式，包括光子晶體布拉格光纖。在此示例中，我們計算并分析了Vienne和Uranus描述的光子晶體布拉格光纖的模式。
02 綜述
模擬文件bragg_PCfiber.lms包含一個參數化組對象，可以進行結構建模。最初，在x-min和y-min處使用反對稱邊界條件以及在x-max和y-max處使用金屬邊界條件設置模擬。反對稱邊界條件允許我們僅模擬1/4的結構，從而節省時間。但是，我們必須注意不要漏掉可能需要對稱條件或對稱和反對稱條件的組合的重要模式。
03 運行和結果
首先，我們運行仿真并切換到分析模式。我們看到其中一種導模的有效折射率約為0.998。下面是圓柱坐標系中的Hr圖。
要研究此類結構的損耗，需要在x-max和y-max處的邊界條件設置為PML，如下所示。我們最初沒有這樣做，因為它會增加計算時間，并且會更難找到導模的有效折射率。當我們重新計算模式時，我們可以查看折射率0.998附近并發現不同的模式。
軟件會計算出將近20種模式。
模式7是
模式8是
上圖顯示了磁場的徑向和角分量，可以與Uranus等人的結果進行比較，我們將有效折射率和損耗與Uranus等人的結果進行比較。
MODE有效折射率結果與Uranus等人的結果非常接近。對于這種對數值網格的微小變化（以及實際制造缺陷）非常敏感的結構，計算損耗則更加困難，并且需要進行一些收斂測試才能找到更準確的結果。
收斂測試
我們首先將感興趣的兩種模式復制到全局DECK中，并將它們重命名為TE和HE，如下所示。
現在可以通過運行優化和掃描來測試收斂性。掃描通過增加網格數目來多次計算模態。
展開 基于Rsoft的三芯光子晶體光纖數值仿真
Rsoft是專門做光子晶體光纖仿真軟件，可以通過utility里面的Arrary Layout 來創建三維光子晶體光纖。建立三維模型時在Dimens中選擇選擇2Dxy。選擇BeamPROP模塊的波束包絡法對三芯光子晶體光纖進行仿真，圖1為仿真模型，背景為熔融二氧化硅材料，紅色柱體為氣孔，黃色柱體為纖芯。中間纖芯為定為纖芯1，左邊纖芯定為纖芯2，右邊纖芯定為纖芯3。仿真時，光源的Type選擇為Fiber Mode，然后分別對1、2、3的纖芯路徑的能量進行監測。
圖1 三芯光子晶體光纖建模圖
如圖2,為三芯PCF的縱向功率分布圖，光源從纖芯1輸入波長為1550nm的光，通過仿真可以看出纖芯1的能量在向纖芯2、纖芯3耦合。因為結構對稱可以從數值仿真結果中得出纖芯2、纖芯3耦合的能量相同。當給PCF一個彎曲量時纖芯2、纖芯3的能量曲線就不會重合。這是因為距離發生了改變。
圖2 縱向功率分布圖
圖3為模場分布圖，在開始傳輸時纖芯1的能量高，然后能量會耦合到另外兩個纖芯上。從圖3中可以看出能模態在纖芯間的耦合。
圖3 模場分布圖
通過軟件中的仿真1330~1700nm波長范圍內纖芯1的透射光譜，仿真得到透射光譜有明顯的對比度。并且可以選擇波谷作為傳感的參考點，可以進一步做溫度，磁場，曲率等的仿真，為實驗提供理論支撐。
圖4 透射光譜
最后,有相關需求歡迎通過公眾號聯系我們.
公眾號:320科技工作室
展開 使用VIRTUALLAB FUSION仿真光纖光學
使用VIRTUALLAB FUSION仿真光纖光學
時間:2021-07-05 09:52來源:未知作者: infotek點擊:290次打印
您是否在我們最近的網絡研討會上了解了VirtualLab Fusion中光纖技術令人興奮的前景？ 即將推出的許多新功能——一個新的光纖模式計算器，光纖組件和新的光纖耦合效率探測器-改善了工作流程，并使用戶界面更加友好。 但是，當我們等待新功能在即將發布的版本中發布時，當前版本中其實已經有很多您可以享受到的功能！ 查看下面的用例，獲取一些啟發吧。
用于光纖耦合的不同透鏡的比較
為了將光耦合到單模光纖中，需要選擇兩個商用透鏡，并使用重積分來評估其性能。
光纖耦合設置的公差分析
在光纖耦合光學裝置中，將針對諸如光纖末端位置的移動和透鏡的傾斜之類的公差因素來分析耦合效率。
詳詢更多相關信息請發送郵件至: support@infotek.com.cn / support@infocrops.com
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