Ansys Zemax | 多模光纖耦合

2023-01-31 09:37 作者:武漢宇熠 0人讀過 | 我要投稿

本文展示了利用幾何圖像分析特性來計算多模光纖耦合效率的方法。

還有使用IMAE操作數(shù)優(yōu)化多模光纖耦合效率的方法。該方法只適用于包含大量模式的多模光纖。

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簡介

我們可以使用OpticStudio中的幾何圖像分析（Geometric Image Analysis）來計算多模光纖的耦合效率。

如果想使用幾何光線來模擬多模光纖耦合，那么光纖的纖芯直徑至少要比波長大10倍以上，這樣纖芯可以支持很多很多的橫模。如果光纖是可以傳播二階或三階模的少模光纖，那我們必須使用物理光學(xué)來進(jìn)行光纖耦合分析。在這篇文章中，“多?！倍x為光纖支持太多種橫模了，以至于光纖可以被視為一個導(dǎo)光管。

當(dāng)在物面上定義了一個具有確定尺寸和形狀的擴(kuò)展光源后，幾何圖像分析可以生成任何表面的輻照度分布。此外，如果光線入射到待測面時的角度大于設(shè)定的閾值時，它可以過濾掉這部分光線。使用示例文件，我們將演示如何使用幾何圖像分析功能來計算多模光纖耦合效率。

使用幾何圖像分析計算多模光纖耦合效率

下載并打開本文示例文件。該系統(tǒng)模擬的是將光耦合到纖芯半徑為0.1 mm、數(shù)值孔徑為0.2的多模光纖中?，F(xiàn)在，我們先暫時忽略空氣與玻璃分界面上(包括光纖上的分界面)產(chǎn)生的菲涅爾(反射)損耗。

纖芯的尺寸是通過在圖像表面上指定半徑為0.1 mm的圓型孔徑來模擬的。在此文件中，孔徑類型為“浮動（Floating）”，圓型孔徑的大小是用像面的半徑來控制的。

在分析選項卡（Analysis）>擴(kuò)展場景分析（Extended Scene Analysis）>幾何圖像分析（Geometeric Image Analysis）下打開幾何圖像分析窗口：幾何圖像分析可以產(chǎn)生在任何表面的輻照度，從一個擴(kuò)展的源與特定的尺寸和形狀在物體表面。此外，它還可以濾除入射角大于評估表面上可確定閾值的光線。

在提供的示例文件中，應(yīng)該已經(jīng)預(yù)先打開了幾何圖像分析窗口。以下是分析的參數(shù)設(shè)置:

接收光纖的數(shù)值孔徑在NA欄中輸入。由于我們假定軸上的點(diǎn)光源位于物方無窮遠(yuǎn)處，所以視場大小（擴(kuò)展光源的大?。榱?，因此由“文件”選項控制的光源的形狀并不重要?！皥D像大小”選項確定了像面上的你需要仿真的區(qū)域大小; 你也可以把它看作是探測器的大小。這里，我們將限制光線的數(shù)量為10000，以加快計算速度。

IMAE 操作數(shù)

耦合效率僅2%左右，這一結(jié)果顯示在幾何圖像分析窗口下方的文本中。

我們將優(yōu)化像面位置（接收光纖的位置）來提高耦合效率。在評價函數(shù)編輯器中的操作數(shù)IMAE會顯示圖表上的耦合效率。由于幾何圖像分析中的參數(shù)設(shè)置種類要多于評價函數(shù)編輯器中可用列的數(shù)量，因此IMAE操作數(shù)使用分析窗口中最近一次保存的設(shè)置。即先在幾何圖像分析中保存設(shè)置，再使用操作數(shù)。這些設(shè)置保存在一個xxx .CFG配置文件，我們可以通過點(diǎn)擊幾何圖像分析設(shè)置中的“保存”按鈕來更新的參數(shù)設(shè)置：