文档介绍：课程设计任务书
学生姓名: 助人为乐专业班级: 不计得失
指导教师: 一定过工作单位: 信息工程学院
题目: 自聚焦光纤的设计及其与标准单模光纤的耦合效率分析
初始条件:
计算机、beamprop或Fullwave软件
要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、课程设计工作量:2周
技术要求:
(1)学习beamprop软件。
(2)设计自聚焦光纤的设计及其与标准单模光纤的耦合效率分析
(3)对自聚焦光纤的设计及其与标准单模光纤的耦合进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范。
时间安排:
第1天做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
第2-5天学习beamprop软件,查阅相关资料,复习所设计内容的基本理论知识。
第6-9天对自聚焦光纤的设计进行设计仿真工作,完成课设报告的撰写。
第10天提交课程设计报告,进行答辩。
指导教师签名: 年月日
系主任(或责任教师)签名: 年月日
目录
摘要 I
1 绪论 1
2 自聚焦光纤简介 2
自聚焦光纤的原理 2
自聚焦光纤的耦合 3
自聚焦光纤应用 4
3 自聚焦光纤设计及仿真 4
软件简介 4
自聚焦光纤设计 5
自聚焦光纤仿真 7
自聚焦光纤的耦合 9
4 总结 11
参考文献 12
摘要
本文主要说明自聚焦是指某些材料受强光照射时,材料折射率发生与光强相关的变化。当照射光束强度在横截面的分布是高斯形时,而且强度足够产生非线性效应的情况下,此时材料折射率的横向分布也是钟形的,因而材料好像会聚透镜一样能会聚光束。自聚焦光纤同普通透镜的区别在于,自聚焦光纤材料能够使沿轴向传输的光产生折射,并使折射率的分布沿径向逐渐减小。自聚焦光纤的折射率分布一般采用具有抛物线型的折射率梯度分布,在自聚焦光纤棒中,光线的轨迹是正弦型的。
关键词:耦合,自聚焦,光纤,Fullwave
绪论
随着光纤通信、光纤传感等光网络技术的发展,光纤系统日趋成熟,应用领域不断拓宽,光纤系统的结构日趋复杂,促使各种无源功能器件逐渐发展起来,光纤耦合器就是其中的一种。光纤耦合器又称光定向耦合器,是对光信号实现分路、合路、插入和分配的无源器件,广泛应用于基于光纤传输的电信网路、区域网路、光纤传感网路等光纤网络中。只有深入掌握它们,了解它们的各项性能指标,才能设计出适合不同需要的光纤系统。
单模光纤:中心玻璃芯很细,芯径一般为9或10μm,只能传一种模式的光纤。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但还存在着材料色散和波导色散,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
自聚焦光纤又称渐变折射率光纤,光纤折射率中心最高,沿径向递减,光束在光纤中传播,可以自动聚焦而不发生色散。适用于多模通信的传输。
本次课设主要自聚焦光纤的基本结构,简要介绍了它的原理和应用,其中重点介绍了它与基本单模光纤耦合的折射率分析。
本次用到的光学软件Beamprop是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件,专用于设计集成光学波导元件和光路。此软件使用先进的有限差分光束传播法来模拟分析光学器件。用户界面友好,分析和设计光学器件轻松方便。其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统,且可控制相关的模拟参数,如:数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。另一功能为模拟程序,它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作,以图形方式显示域的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。BPM 计算方法也有多种形式,其中有限差分波束传播法得到了最广泛的应用,FD——BPM 可以实现很准确的设计计算,同时可以允许较大的计算步进。由Hadley 发明的透明边界条件方法和基于Pade 近似算符的大角度计算方法使得FD-BPM 的功能更加强大。
自聚焦光纤简介
自聚焦光纤的原理
当一个强光场入射介质后,由于强场与介质的非线性相互作用,使得介质的折射率发生改变,即在原来的线性折射率之外又加上非线性折射率,这是光致非线性折射率现象。这种与光强有关的折射率可使光在介质中传播时产生自聚焦及自相位调制等现象。
假设一束足够强的准平行光入射到一平行平面光学介质中,由于强光与介质相互作用的结果,有可能使介质折射率发生不均匀的变化,从而使不同截面部分的光所经历的光程长度彼此不同,即使介质对入射光束的作用等价于一光学透镜或者更复杂的成像或者波导系统等。
在大多数自聚焦实验条件下,入射光束的光强横向分布具有中间强而边缘弱的规律。在光束截面中心区所引起的