多模激光分析的案例
RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第六部分）
例如，人們可以想象，光只能通過激光發射到低階模式，這會導致低熔接損耗。如果在熔接前強烈彎曲光纖，光可能會重新分配到高階模式，熔接損耗會變大。
以耦合損耗為例，考慮兩個階躍折射率多模光纖之間的完美機械接頭，其 NA 相等，為 0.2（根據最大折射率差計算），但第一根光纖的纖芯直徑為 62.5 μm，而第二根光纖的纖芯直徑僅為 50 微米。我們可以計算第一根光纖的每個模式，將其與第二根光纖的所有模式的重疊積分的模量平方相加，從而得到其耦合損耗。（或者，可以使用數值模擬的光束傳播，但這需要更多的計算時間并且暫時不太精確。）圖 2 顯示了損耗與模式的 m 值的關系。對于低m但高l值，這些損失最高。
圖 5： 多模光纖接頭處與模式相關的耦合損耗。水平坐標反映了每種模式的 m 值，而顏色取決于 l。
LP 14,3 模式的耦合損耗如此之高——大約 10 dB，遠高于根據模式面積比 (1.94 dB)得出的結果，可能會讓人感到驚訝。然而，該模式在 25 μm 半徑之外有很大一部分功率，此外其在傅里葉空間中的強度分布也很遠。計算結果已通過基于數值光束傳播的計算得到證實，這是一項非常獨立的檢查。
如果交換兩根光纖，即輸入來自較小的纖芯，則所有模式的耦合損耗都會變得更小：
圖 6： 與圖 3 相同，但光輸入到纖芯較小的光纖。
因此，對于多模光纖，除了單模光纖（見上文），當來自纖芯較小的光纖時，耦合損耗要小得多。然而，對于某些模式，這些損耗仍然很大——例如，LP 55 模式的損耗為 2.8 dB。數值光束傳播證實了這一結果。它表明，當它進入纖芯較大的光纖時，該場開始擴展，并且該擴展后來并未完全停止在新的纖芯/包層邊界處。這表明并非核心內的每個場分布和有限的角度內容都可以通過導模很好地匹配。
對于具有多種模式的光纖，這種效果不太明顯。
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第四部分）
對于具有大 V 的階躍折射率光纖，在計算兩個偏振方向時，可以使用以下公式進行估算：
具有較少導模的光纖，例如 V 數在 3 到 10 之間的光纖，有時稱為少模光纖。
如果需要傳輸空間相干性差的光，則需要多模光纖。例如，典型的高功率激光二極管的輸出就是這種情況，例如二極管條。盡管它們的輸出功率只有很小一部分可以發射到單模光纖中，但對于纖芯足夠大和/或 NA 高的多模光纖來說，發射效率非常高。另一個例子是使用發光二極管( LED ) 代替激光二極管作為光纖鏈路中的廉價信號源。其他應用存在成像，例如；圖像信息的傳輸需要具有多種空間模式的設備。
多模光規格
多模光纖的基本規格包括多模光纖的芯徑和外徑。常見的電信光纖（中距離光纖通信用光纖）為50/125 μm 和62.5/125 μm 光纖，芯徑分別為50 μm 或62.5 μm，包層直徑為125 μm。這種光纖支持數百種導模。 也可以使用具有甚至更大的芯直徑（數百微米）的大芯光纖。
將光發射到多模光纖中
與單模光纖相比，多模光纖更容易發射光，尤其是在它支持多種導模的情況下。為了高效啟動，必須滿足兩個條件：
輸入光基本上應該只照射核心，而不是包層。
輸入光不應包含大量以大于 arcsin NA 的角度傳播的功率。
如果輸入光的 M 2 因子足夠小，則可以同時滿足這兩個條件。有效發射具有超高斯輪廓的光束的最大 M 2因子可以從以下公式估算：
如果光功率很好地分布在所有模式上，這實際上是來自光纖的近似光束品質因數。
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第五部分）
① 玻璃光纖中的導光
② 光纖模式
③ 單模光纖
④ 多模光纖
⑤ 光纖末端
⑥ 光纖接頭
⑦ 傳播損耗
⑧ 光纖耦合器和分路器
⑨ 偏振問題
⑩ 光纖的色散
? 光纖的非線性
? 光纖中的超短脈沖和信號
? 附件和工具
這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 5 部分
第五部分：光纖末端
準備清洗光纖末端：剝離、切割、拋光
在大多數情況下，當使用光纖時，必須準備干凈的末端。第一步通常是使用機械剝離器剝離最后幾厘米的聚合物涂層。在有問題的情況下，可能必須使用溶劑（化學剝離）。玻璃纖維的外殼通常會很干凈，但纖維末端，如果它只是被折斷，仍然會有不規則的形狀。因此，我們需要一些方法來獲得一個好的表面——通常是一個平面，它垂直于纖維軸，或者有時具有其他一些角度。制備干凈末端的最常用方法是切割。本質上，這意味著裸光纖玻璃的受控斷裂。一種方法是在對纖維施加一定的張力或彎曲之前或同時在纖維的側面制作一個微小的劃痕，例如用鋒利的金剛石、碳化物或陶瓷刀片。這會導致光纖從上述斷裂點開始斷裂。通常，得到的表面非常光滑。切割通常使用簡單的金剛石刀片完成。一個人輕微地劃傷光纖然后將其折斷，例如用手指尖末端。此過程需要一些練習，并且結果有些可變。為了獲得更一致的結果，需要在更受控的條件下使用精密光纖切割器進行切割。這些設備中的一些也可用于制備角度切割（參見圖 2），切割表面和纖維軸之間的角度控制得相對較好。在非標準情況下，例如大纖維直徑或非標準玻璃成分，切割變得更加困難。例如，在切割氟化物纖維時，至少需要使用適合的參數用于精密切割器。有關更多詳細信息 ，請參閱我們關于光纖切割的百科全書文章。關于光纖附件和工具的第 13 部分還介紹了有關切割工具的更多細節。重新切割光纖可以替代清潔，因為很難可靠地清潔光纖末端。
展開 RP 系列 激光分析設計軟件 | 多模光纖（ 第七部分）
多模光纖通常具有更高的傳播損耗，因為它們通常具有更高的數值孔徑。
彎曲損耗
例如，彎曲損耗是由光纖的強烈彎曲引起的傳播損耗。通常，這種損失在正常條件下可以忽略不計，但一旦達到某個臨界彎曲半徑，就會急劇增加。對于具有強大引導特性（高數值孔徑）的光纖來說，臨界半徑相當小——它可以小到幾毫米。然而，對于具有大有效模式面積的單模光纖（具有非常低數值孔徑的大模式面積光纖），它可以大得多——通常為幾十厘米。這樣的纖維在使用過程中必須保持筆直。
對于彎曲損耗的計算，有一些基于簡化模型的分析公式，這些公式可能準確反應現實，也可能不準確。數值光束傳播通常是首選方法；它不需要更強的簡化，并詳細告訴我們光發生了什么。
例如，考慮光纖半徑為 20 μm 且數值孔徑為 0.05 的少模光纖。作為測試，我們排列光纖，使彎曲沿光纖長度變得越來越緊：反曲率半徑隨傳播距離線性增加。發射的光完全都處于基本模式。
圖 2： 沿光纖增加彎曲的幅度分布。使用 RP Fiber Power 軟件 對光束傳播進行數值模擬。
圖 2 顯示了 yz 平面中的模擬幅度分布。可以看到模式變得更多并轉移到一側（彎曲曲線的外側），變得非常小，最后損失更多和光到包層。在中間（z = 100 mm），彎曲半徑已達到 50 mm；這大約是臨界彎曲半徑。
對于 LP 11模式，彎曲損耗引起的衰減變得更加嚴重，如圖 3 所示。這里，彎曲損耗設置得較早，基本上所有功率在 120 mm 之后都已經損失。
圖 3： 與圖 2 相同，但針對 LP 11模式。
通常，對于高階模式，臨界彎曲半徑要大得多。（這有時被用來濾除高階模式。）
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?RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—多模光纖放大器
考慮多模光纖，并給定折射率分布及Yb的摻雜分布。腳本程序首先計算了傳導信號模式。其次，定義了抽運信號（設定抽運功率集中于LP01模），信號光的波長及其導波模式（忽略偏振態的差異）。
圖1為徑向模式函數曲線，表現了每個模式的增益。
圖2為所有信道功率的變化。
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。
RP 系列激光分析設計軟件 | 模間色散
模間色散(也稱為模式色散)是一種現象，即在多模光纖(或其他波導)中傳播的光的群速度不僅取決于光學頻率(→色散)，還取決于所涉及的傳播模式。
圖1顯示了一個數值模擬，其中一個200fs的超短脈沖被發射到一個50cm長的多模光纖中，從而激發多個模式。在光纖之后，由于不同模式的不同群速度，相應的模式的貢獻也出現在不同的時間。基模最先出現，因為它最快。
圖1:注入50cm長多模光纖的200fs輸入脈沖的輸出功率與時間的關系。
模間色散的強度可以量化為差模延遲(DMD)。它很大程度上取決于纖芯內和周圍光纖的折射率分布。例如，對于階躍折射率分布，高階模式具有較低的群速度，這可能導致10 ps/m = 10 ns/km數量級的差分群延遲。因此，在一千米長的光纖鏈路中實現每秒幾個G比特的數據速率幾乎是不可能的。
在基于多模光纖的光纖通信系統中，模間色散會嚴重限制可達到的數據傳輸速率(比特率)。為了避免強烈的信號失真，通常需要將脈沖保持足夠長，以保持不同模式分量的合理時間重疊，這不可避免地會限制數據速率。
消除模間色散的自然方法是使用基于單模光纖的光纖鏈路:如果只有一種傳播模式可用(不考慮可能的偏振模式色散和包層模式)，則傳播時間之間不會有差異。不過，使用拋物線折射率分布的多模光纖也能最大程度地減少模間色散。
展開 動態多模分析和調Q運轉模擬
1．介紹
動態多模分析的目的是進行激光多模和激光調Q運轉分析。激光腔內橫模結構近似為HG和LG模式。HG和LG模式是不同本征頻率對應的正交特征函數，我們假設模式之間的橫模振蕩互不干擾，因此模式之間的短時干涉影響可以忽略。基于這個假設，起振模式中的反轉粒子數密度和光子數是由下面的以時間為變量的3D速率方程描述：
方程2-3中的參數如下
方程2-3用于四能級激光系統。準三能級系統的多模分析還在研究中。三能級（泵浦能級）和能級2（激光上能級）之間，能級1（激光下能級）和能級（基態能級）之間的快速衰減速率已被假定。
在前面的章節中有詳細的關于計算激光輸出功率，Q開關運轉和光闌影響的參數和方程之間的數學關系的介紹。或者，可以點擊LASCAD主窗口主菜單的“Help DMA Code”。
接下來有一個關于DMA編碼的指南。它顯示了怎樣比較合理地定義DMA GUI中單個輸入參數來模擬CW多模操作，Q開關運轉和光闌的影響。
2．激光器連續輸出時輸出功率，模式競爭，和光束質量的模擬
要使用DMA編碼，需要在腔內插入一個熱透鏡晶體。可以參照教程1的說明，準備一個端面泵浦的晶體。簡便地，我們可以直接打開tutorial-1.lcd文件激活腔結構，該文件可以在LASCAD的子目錄“tutorials”中找到。在我們設置好FEA編碼和在模式腔內插入晶體后，在LASCAD主菜單中選擇 “Dynamic Multimode Analysis”，打開DMA窗口。在該窗口中，點擊Open GUI for DMA，打開“Dynamic Multimode Analysis”。該窗口有5個標簽，如下：
2.1 高斯模式選項
點選該選項并選擇“type of Gaussian modes”來近似激光模式結構。
展開 動態多模分析和調Q運轉模擬
1．介紹
動態多模分析的目的是進行激光多模和激光調Q運轉分析。激光腔內橫模結構近似為HG和LG模式。HG和LG模式是不同本征頻率對應的正交特征函數，我們假設模式之間的橫模振蕩互不干擾，因此模式之間的短時干涉影響可以忽略。基于這個假設，起振模式中的反轉粒子數密度和光子數是由下面的以時間為變量的3D速率方程描述：
方程2-3中的參數如下
方程2-3用于四能級激光系統。準三能級系統的多模分析還在研究中。三能級（泵浦能級）和能級2（激光上能級）之間，能級1（激光下能級）和能級（基態能級）之間的快速衰減速率已被假定。
在前面的章節中有詳細的關于計算激光輸出功率，Q開關運轉和光闌影響的參數和方程之間的數學關系的介紹。或者，可以點擊LASCAD主窗口主菜單的“Help DMA Code”。
接下來有一個關于DMA編碼的指南。它顯示了怎樣比較合理地定義DMA GUI中單個輸入參數來模擬CW多模操作，Q開關運轉和光闌的影響。
2．激光器連續輸出時輸出功率，模式競爭，和光束質量的模擬
要使用DMA編碼，需要在腔內插入一個熱透鏡晶體。可以參照教程1的說明，準備一個端面泵浦的晶體。簡便地，我們可以直接打開tutorial-1.lcd文件激活腔結構，該文件可以在LASCAD的子目錄“tutorials”中找到。在我們設置好FEA編碼和在模式腔內插入晶體后，在LASCAD主菜單中選擇 “Dynamic Multimode Analysis”，打開DMA窗口。在該窗口中，點擊Open GUI for DMA，打開“Dynamic Multimode Analysis”。該窗口有5個標簽，如下：
2.1 高斯模式選項
點選該選項并選擇“type of Gaussian modes”來近似激光模式結構。
展開 [LASCAD] 動態多模分析和調Q運轉模擬
目錄
動態多模分析和調Q運轉模擬 1
1.介紹 1
2.激光器連續輸出時輸出功率，模式競爭，和光束質量的模擬 2
3.Q開關運轉模擬 6
4.光闌影響模擬 10
5.結論 12
1.介紹
動態多模分析的目的是進行激光多模和激光調Q運轉分析。激光腔內橫模結構近似為HG和LG模式。HG和LG模式是不同本征頻率對應的正交特征函數，我們假設模式之間的橫模振蕩互不干擾，因此模式之間的短時干涉影響可以忽略。基于這個假設，起振模式中的反轉粒子數密度和光子數是由下面的以時間為變量的3D速率方程描述：
方程1-3描述反轉粒子數密度 ，腔內總光子數 ，歸一化光子密度分布 ，單個橫模的光子數 ，相應的單個模式歸一化光子密度分布 。在單個模式中基于光子數 的時間和光子密度分布 用于描述整個橫模結構的分布。采用同樣的方法，可以得到與時間相關的模式競爭效應分析和腔的多模行為。該計算結果可用于計算光束質量和激光功率輸出，描述與時間相關的Q開關運轉。
方程2-3中的參數如下
方程2-3用于四能級激光系統。準三能級系統的多模分析還在研究中。三能級（泵浦能級）和能級2（激光上能級）之間，能級1（激光下能級）和能級（基態能級）之間的快速衰減速率已被假定。
在前面的章節中有詳細的關于計算激光輸出功率，Q開關運轉和光闌影響的參數和方程之間的數學關系的介紹。或者，可以點擊LASCAD主窗口主菜單的“Help DMA Code”。
接下來有一個關于DMA編碼的指南。
展開 Moldex3D模流分析之如何應用熱流道穩態分析改善多模穴成型流動平衡
Moldex3D 針對熱流道系統仿真量身打造的解決方案──熱流道穩態分析(Hot Runner Steady, HRS)，可支持復雜熱流道和進階熱流道模塊的快速分析，并協助使用者優化多模穴的熱流道設計，評估該熱流道系統的流動行為，例如流率及流動平衡比。熱流道穩態分析不需模擬模穴內流動，即可提升迭代計算效率，達到改善熱流道設計的目的，因此可大幅減少分析時間。以下將深入說明如何應用熱流道穩態分析。
應用一：在不須模擬模穴的情況下，使用熱流道穩態分析優化熱流道設計：
步驟1：新增射出成形項目，網格模型必須含有進澆點、模穴與熱流道。雖然熱流道穩態分析會忽略模穴的計算，但使用者仍必須在項目中提供模穴。
注：用戶必須擁有進階熱流道模塊的授權，才可在計算參數內設置熱流道穩態功能與啟動相關計算
步驟2：在計算參數內的熱流道穩態分析下指定入料口流率、收斂精度及各澆口壓力。
注：在CAE模式下，入料口流率的默認值為模穴體積除以填充時間；在機臺模式下，入料口流率的默認值則為模穴體積除以行程時間。
注：熱流道澆口壓力代表該澆口所受到的外部流動阻力(預設為0MPa)，建議使用者可先試行一組單模穴分析(不需包含流道系統，只需指定進澆點)，取得澆口壓力結果后代入熱流道穩態分析的澆口壓力設定。這種做法可獲得更精確的預測，并節省分析時間。
步驟3：于分析順序設定內選擇熱流道穩態分析，開始分析。
步驟4：開啟熱流道穩態結果記錄文件，檢查各澆口流率與流動平衡比，根據這兩項結果進一步修改熱流道幾何與配置，例如更改特定區域熱流道直徑或流道長度，以獲得更為平衡的流動。
注：熱流道穩態分析提供多種分析結果，對于此做法來說，較為關鍵的結果是流率與流動平衡比
步驟5：修改熱流道設計后重復步驟1至4。
展開 
動態多模分析和調Q運轉模擬
目錄
動態多模分析和調Q運轉模擬 1
1.介紹 1
2.激光器連續輸出時輸出功率，模式競爭，和光束質量的模擬 2
3.Q開關運轉模擬 6
4.光闌影響模擬 10
5.結論 12
1.介紹
動態多模分析的目的是進行激光多模和激光調Q運轉分析。激光腔內橫模結構近似為HG和LG模式。HG和LG模式是不同本征頻率對應的正交特征函數，我們假設模式之間的橫模振蕩互不干擾，因此模式之間的短時干涉影響可以忽略。基于這個假設，起振模式中的反轉粒子數密度和光子數是由下面的以時間為變量的3D速率方程描述：
方程1-3描述反轉粒子數密度 ，腔內總光子數 ，歸一化光子密度分布 ，單個橫模的光子數 ，相應的單個模式歸一化光子密度分布 。在單個模式中基于光子數 的時間和光子密度分布 用于描述整個橫模結構的分布。采用同樣的方法，可以得到與時間相關的模式競爭效應分析和腔的多模行為。該計算結果可用于計算光束質量和激光功率輸出，描述與時間相關的Q開關運轉。方程2-3中的參數如下
方程2-3用于四能級激光系統。準三能級系統的多模分析還在研究中。三能級（泵浦能級）和能級2（激光上能級）之間，能級1（激光下能級）和能級（基態能級）之間的快速衰減速率已被假定。在前面的章節中有詳細的關于計算激光輸出功率，Q開關運轉和光闌影響的參數和方程之間的數學關系的介紹。或者，可以點擊LASCAD主窗口主菜單的“Help DMA Code”。接下來有一個關于DMA編碼的指南。它顯示了怎樣比較合理地定義DMA GUI中單個輸入參數來模擬CW多模操作，Q開關運轉和光闌的影響。
2.激光器連續輸出時輸出功率，模式競爭，和光束質量的模擬
要使用DMA編碼，需要在腔內插入一個熱透鏡晶體。可以參照教程1的說明，準備一個端面泵浦的晶體。
展開 基于DynaForm的多工步連續模（級進模）分析實例
前言：
DynaForm多工步分析時，有兩種方法，一是直接板料不動，將所有工步的模具都放在同一個坐標系下，二是模具不動，板料分析完一步后，就移動一個料距，這種方式因為以前不能進行多個工步的自動定位，從分析第二步開始，就需要預先考慮好第一步沖壓分析結束時板料所在的位置，根據其位置，大體的設置第二步的上下模具位置，一不小心就會發生干涉現象，或者留的位置太高從而導致模具的空跑，浪費了大量的計算分析時間，在DynaForm5.9.2中此問題終于得到了完美的解決，DynaForm在5.9.2版本中增加了批量自動定位功能，此功能可以在多個工步分析時，自動的的對板材和模具進行定位，從而最減少模具空跑的時間或干涉現象，現在可以完美的按照實際的模具設計工藝進行多工步的模擬。
模具示意圖：
關鍵詞：DynaForm 自動定位 沖壓仿真 多工步
如上圖所示：此零件需要3步連續成形，需要進行三次成形沖壓操作
1.進行板料成形的自動設置
新建3個工步，并分別設置每一步的模具；
具體設置過程跟單工步一致，不再一一重復說明；如上圖圖所示
2.進行批量自動定位設置
從STEP2開始，設置板料的位置變換，點擊定義，然后出書X Y Z三個方向的相對位移，根據實際情況定義
3.進行批量自動定位設置
各個工步設置完畢后，在各工步的工具里面設置定位
從上面2個圖可以看出，STEP1的定位與單工步設置一樣，沒有太大的區別，但是STEP2和STEP3的定位就和STEP1多了一個批量自動定位的按鈕，這個是進行多工步自動定位的關鍵所在。
展開 MoldFlow一模多穴平衡結構分析不平衡解決方法總結
，一般就會解決；
總結：
假如模型本身是平衡結構，在分析過程的填充不平衡或者壓力不平衡基本上可以通過調整網格解決，但是如果是2D雙層面和3D網格溫度場不一致的問題（如下圖所示），那么就只能通過第三方工具使用更加專業的網格處理工具進行網格化才能解決，這個方面MoldFlow可能需要對前處理3D網格生成部分做更多的工作。
