| infotek | 2022-08-03 08:38 |
FRED應用：激光二極管光源耦合到光纖的仿真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。 模型 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。 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，以及設置光源產生相干輸出。  圖1. 激光二極管光源編輯 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。  圖2. 球透鏡封裝的激光二極管耦合到光纖系統(tǒng)原理圖（側視圖） 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。 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。  圖3. 全局坐標原點的定義 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。 模型中使用的單模光纖(SMF)位于距離全局坐標原點1.9mm處，它的結構(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%。  圖4. 單模光纖示意圖 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。 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。  注意到“Fiber Cladding”管道的內壁恰好與“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”的內壁需要同樣的設置。  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。 仿真 FRED使用如下的方程來計算光纖耦合效率(CE)：  | |