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本文討論了如何使用FRED對球透鏡封裝的半導體激光二極管耦合到單模光纖進行準確的建模，這是在光纖通信領域很常見的一個光學系統(tǒng)。該模型演示了FRED傳播相干光場的能力、它的精確激光二極管束(Laser Diode Beam)光源模型以及準確的計算光纖耦合效率。
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模型 w^aI1M50  
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在FRED模型中使用的半導體激光二極管是Mitsubishi(三菱) ML725C8F，這是一個InGaAsP / InP多量子阱(MQW)激光器，工作波長是1310nm。Mitsubishi光源說明書定義了輸出光束的在x和y方向的發(fā)散角分別是25和30度（遠場功率分布的全1/e寬度)。沒有提及在x和y焦點位置的任何偏移，所以我們假定它們和光源處的分布是一致的。 g:>Mooxzi  
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我們在FRED中使用激光二極管束光源類型對激光二極管光源建模，以及設置光源產(chǎn)生相干輸出。 /N(Ol WEp  
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注意到在激光二極管光束光源的設置里面，發(fā)散角由功率的1/e2標準定義。這就要求制造商提供的發(fā)散角要乘以一個開方因子。 sAU!u  
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    直徑為1.5mm的球透鏡是Mitsubishi激光二極管集成的一部分，它的位置在距離激光二極管發(fā)射表面1.88mm處。 El`f>o+EJ  
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在FRED中使用球形元件基元，就可以創(chuàng)建該透鏡。為方便起見，全局坐標原點選在球透鏡的輸出表面與光軸的交點處。 /\1MG>#K  
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值得注意的是，我們使用了FRED的N-BK7模型來定義球透鏡的材料，在1310nm波長處折射率大小是1.5036。 SPK% '
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模型中使用的單模光纖(SMF)位于距離全局坐標原點1.9mm處，它的結(jié)構(gòu)(由下圖定義)基于單模光纖的典型值。光纖纖心的半徑是5μm，且由直徑為125μm包層包裹著。纖心和包層的折射率大小分別是1.465和1.47，它們之間的折射率差為0.36%。 a6fqtkZ x  
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模型中還包含了一個吸收涂敷層，或者是夾層，覆蓋在光纖表面。 P~"`Og+  
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在FRED中定義的光纖是一個組件，它包含了多個元件基元：一個圓柱體用于纖芯、光管用于包層和涂敷層。 ^l"  
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注意到“Fiber Cladding”管道的內(nèi)壁恰好與“Fiber Core”圓柱體的外壁是重合的。為了正確的建模，用戶需要手動的設置包層管道的內(nèi)壁為不可追跡(Never Traceable)。不這樣做的話將會導致光線追跡錯誤，因為兩個表面放置在空間里完全一樣的位置，而且它們具有兩個不同的材料設置。對于“Fiber Coating”的內(nèi)壁需要同樣的設置。 *w;=o}`  
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在這一模型中光纖涂層認為是吸收的，且擁有停止所有(Halt All)光線追跡控制。所有其它的表面是不加涂層的。 BVpRkUC"  
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FRED使用如下的方程來計算光纖耦合效率(CE)： 5
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其中Einc是入射場分布，Efiber是光纖基模的場分布(由FRED根據(jù)光纖規(guī)格參數(shù)自動計算)。 iB,Nqs3i*  
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一般來說，CE是一個復數(shù)，所以耦合功率實際上是： _,JdL'[d  
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因此，我們要想精確的計算光纖耦合，需要在光纖入口的后面放置一個分析面來保證該表面的反射系數(shù)能夠準確的納入考慮之中。 ch%-Cg~%  
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