1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名：專業(yè)班級：電子0902指導(dǎo)教師：洪建勛工作單位：信息工程學(xué)院題目：單模光纖的基模計算初始條件：計算機(jī)、beamprop軟件要求完成的主要任務(wù)：1、課程設(shè)計工作量：2周2、技術(shù)要求：(1)學(xué)習(xí)beamprop軟件.(2)設(shè)計一個單模光纖,分析單模光纖的電磁場分布,并研究輸入光波波長、纖芯折射率、纖芯半徑對單模光纖傳輸模式的影響.(3)對單模光纖的電磁場分布和傳輸模式進(jìn)行beamprop軟件仿真工作.3、查閱至少5篇參考文獻(xiàn).按?武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作標(biāo)準(zhǔn)?要求撰寫設(shè)計報告書.全文用A4紙打印,圖紙應(yīng)符合繪圖標(biāo)準(zhǔn).時間安排：2021.6.25做課設(shè)具體實(shí)施安排和課設(shè)報告格

2、式要求說明.2021.6.25-6.28學(xué)習(xí)beamprop軟件,查閱相關(guān)資料,復(fù)習(xí)所設(shè)計內(nèi)容的基本理論知識.2021.6.29-7.5對單模光纖進(jìn)行設(shè)計仿真工作,完成課設(shè)報告的撰寫.2021.7.6提交課程設(shè)計報告,進(jìn)行辯論.指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任(或責(zé)任教師)簽名：年月日目錄摘要IAbstractII1緒論12光纖概述22.1 光纖根本介紹22.1.1 光纖的結(jié)構(gòu)22.1.2 光纖的分類22.2 光纖的波動理論分析53單模光纖73.1 單模傳輸?shù)臈l件73.2 單模光纖的特性參數(shù)73.2.1 衰減系數(shù)73.2.2 色散系數(shù)73.2.3 模場直徑83.2.4 截止波長84Beamprop介

3、紹105軟件仿真115.1 軟件參數(shù)設(shè)置115.2 軟件仿真及結(jié)果分析145.2.1 單模光纖的電磁場分布145.2.2 輸入光波長對單模光纖模式的影響155.2.3 折射率對單模光纖模式的影響165.2.4 纖芯半徑對單模光纖模式的影響186心得體會20參考文獻(xiàn)21摘要光纖通信是利用光導(dǎo)纖維來傳輸光波信號.光纖通信作為現(xiàn)代通信的主要傳輸手段,在現(xiàn)代通信網(wǎng)中起著重要作用.自光纖通信問世以來,整個通信領(lǐng)域發(fā)生了革命的變化,它使高速率、大容量的通信成為可能.單模光纖是在給定的波長上,只能傳輸單一基模的光纖.單模光纖相比于多模光纖可支持更長傳輸距離,更大的寬帶,這對于高碼速傳輸是非常重要的.關(guān)鍵詞：

4、光纖,通信,基膜,寬帶AbstractOpticalfibercommunicationtransmitslightwavesignalswithfibermaterial.Asthemainmeansoftransmissionofthemoderncommunication,opticalfibercommunicationplaysanimportantroleinmoderncommunicationnetworks.Sincetheadventofopticalfibercommunication,theentirefieldofcommunicationshasundergoner

5、evolutionarychanges,anditenableshigh-speed,large-capacitycommunicationpossible.Single-modefibercanonlytransferasinglefundamentalmodefiberinagivenwavelength.Comparedtomultimodefiber,single-modefibercansupportlongertransmissiondistanceandthegreaterbroadband.Thisisveryimportantforhighcoderatetransmissi

6、on.Keywords:Opticalfiber,communication,fundamentalmode,broadban1緒論光纖通信技術(shù)從光通信中脫穎而出,已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一,在現(xiàn)代電信網(wǎng)中起著舉足輕重的作用.光纖通信作為一門新興技術(shù),其近年來開展速度之快、應(yīng)用面之廣是通信史上罕見的,也是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志和未來信息社會中各種信息的主要傳送工具.光纖通信是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要傳輸手段,它的開展歷史只有一二十年,已經(jīng)歷三代：短波長多模光纖、長波長多模光纖和長波長單模光纖.采用光纖通信是通信史上的重大變革,美、日、英、法等20多個國家已宣布不再建設(shè)電纜通信線路,而致力于開展光纖

7、通信.中國光纖通信已進(jìn)入實(shí)用階段.光纖通信的誕生和開展是電信史上的一次重要革命與衛(wèi)星通信、移動通信并列為20世紀(jì)90年代的技術(shù).進(jìn)入21世紀(jì)后,由于因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅速開展和音頻、視頻、數(shù)據(jù)、多媒體應(yīng)用的增長,對大容量超高速和超長距離光波傳輸系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)有了更為迫切的需求.總之,從一九七0年到現(xiàn)在雖然只有短短不到三十年的時間,但光纖通信技術(shù)卻取得了極其驚人的進(jìn)展.用帶寬極寬的光波作為傳送信息的載體以實(shí)現(xiàn)通信,這一幾百年來人們夢寐以求的夢想在今天已成為活生生的現(xiàn)實(shí).然而就目前的光纖通信而言,其實(shí)際應(yīng)用僅是其潛在水平的2%左右,尚有巨大的潛力等待人們?nèi)ラ_發(fā)利用.因此,光纖通信技術(shù)并未停滯不前,而是向更高

8、水平、更高階段方向開展.2光纖概述2.1 光纖根本介紹2.1.1 光纖的結(jié)構(gòu)光纖有不同的結(jié)構(gòu)形式.目前,通信用的光纖絕大多數(shù)是用石英材料做成的橫截面很小的雙層同心圓柱體,外層的折射率比內(nèi)層低.折射率高的中央局部叫纖芯,其折射率為n1,直徑為2a；折射率低的外圍局部稱為包層,其折射率為n2,直徑為2b.光纖的根本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示.涂敷公圖2-1光纖根本結(jié)構(gòu)2.1.2 光纖的分類目前光纖的種類繁多,但就其分類方法而言大致有四種,即按光纖剖面折射率分布分類,按傳播模式分類、按工作波長分類和按套塑類型分類等.此外按光纖的組成成份分類,除目前最常應(yīng)用的石英光纖之外,還有含氟光纖與塑料光纖等.按折射率分

9、布分類階躍光纖與漸變光纖.階躍光纖：所謂階躍光纖是指在纖芯與包層區(qū)域內(nèi),其折射率分布分別是均勻的,其n1與n2,但在纖芯與包層的分界處,其折射率的變化是階躍的,如圖2-2所示.n(r)nl-IF211rala2山川*d2>|圖2-2階躍光纖折射率分布階躍光纖的折射率變化也可以用折射率沿半徑的分布函數(shù)來表示為n1ra1n(r)=n2a1ra2漸變光纖：所謂漸變光纖是指光纖軸心處的折射率最大(n1),而沿剖面徑向的增加而逐漸變小,其變化規(guī)律一般符合拋物線規(guī)律,到了纖芯與包層的分界處,正好降到與包層區(qū)域的折射率n2相等的數(shù)值；在包層區(qū)域中其折射率的分布是均勻的即為n2.如圖2-3所示.圖2-3

10、漸變光纖折射率分布漸變光纖的折射率變化也可以用折射率沿半徑的分布函數(shù)來表示為ra1a1：r:a2式中：久為光纖折射率分布指數(shù),a為光纖纖芯半徑,為光纖的相對折射率差,n1為纖芯軸心處的折射率,1為包層的折射率.按傳播模式分類多模光纖與單模光纖.在一定的工作波長上,當(dāng)有多個模式在光纖中傳輸時,那么這種光纖稱為多模光纖.多模光纖截面折射率的分布有均勻和非均勻兩種.多模光纖的線芯直徑一股為50um包層外徑為125um由于纖芯直徑較大,傳輸模式較多,這種光纖的傳輸特性較差,帶寬較窄,傳輸容量也較小.單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖,單模光纖只能傳輸基模最低階模,不存在模間時延差,具有比多模光纖大得多的

11、寬帶,這對于高碼速傳輸是非常重要的.單模光纖的折射率一般呈階躍型分布,線芯直徑一般為810um包層直徑為125um按工作波長分類短波長光纖與長波長光纖.短波長光纖：在光纖通信開展的初期,人們使用的光波之波長在0.60.9微米范圍典型值為0.85微米,習(xí)慣上把在此波長范圍內(nèi)呈現(xiàn)低衰耗的光纖稱作短波長光纖.短波長光纖屬早期產(chǎn)品,目前很少采用.長波長光纖：后來隨著研究工作的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)在波長1.31微米和1.55微米附近,石英光纖的衰耗急劇下降如圖2.4所示.不僅如此,而且在此波長范圍內(nèi)石英光纖的材料色散也大大減小.因此人們的研究工作又迅速轉(zhuǎn)移,并研制出在此波長范圍衰耗更低,帶寬更寬的光纖,習(xí)

12、慣上把工作在1.02.0微米波長范圍的光纖稱之為長波長光纖.長波長光纖因具有衰耗低、帶寬寬等優(yōu)點(diǎn),特別適用于長距離、大容量的光纖通信.按套塑類型分類緊套光纖與松套光纖.緊套光纖：所謂緊套光纖是指二次、三次涂敷層與予涂敷層及光纖的纖芯,包層等緊密地結(jié)合在一起的光纖.目前此類光纖居多.未經(jīng)套塑的光纖,其衰耗溫度特性本是十分優(yōu)良的,但經(jīng)過套塑之后其溫度特性下降.這是由于套塑材料的膨脹系數(shù)比石英高得多,在低溫時收縮較厲害,壓迫光纖發(fā)生微彎曲,增加了光纖的衰耗.松套光纖：所謂松套光纖是指,經(jīng)過予涂敷后的光纖松散地放置在一塑料管之內(nèi),不再進(jìn)行二次、三次涂敷.松套光纖的制造工藝簡單,其衰耗溫度特性與機(jī)械性能

13、也比緊套光纖好,因此越來越受到人們的重視.2.2光纖的波動理論分析一般有兩種方法用于討論光在光纖中的傳播,建立并解光線路徑方程或電磁場方程.實(shí)際上前者是后者的短波長極限,由于單模光纖的工作波長已經(jīng)和其尺寸相比較,幾何光學(xué)的處理方式已不適宜,而將光在光纖中的傳播看作一個電磁場邊值問題那么能得到一個,幾個或一系列嚴(yán)格解,并且此方法對單模和多模光纖都適用.光波是一種特定波長范圍內(nèi)的電磁波,當(dāng)光在光纖中傳播時,實(shí)質(zhì)上就是電磁波在介質(zhì)波導(dǎo)中的傳播過程,因此,他必須滿足麥克斯韋方程組.用波動理論分析光纖波導(dǎo)中的波,就是求滿足邊界條件的麥克斯韋方程組的解.在均勻光纖中,介質(zhì)材料一般是線性和各向同性的,并且不

14、存在電流和自由電荷,因此在無源區(qū)域,均勻、無損、簡諧形式的麥克斯韋方程組為uuvuvxE=j0NHuvuvH<H=js名EuvVgD=0iv9gB=0從麥克斯韋方程組出發(fā),可以導(dǎo)出光波所滿足的亥姆霍茲方程.電場矢量和磁場矢量的亥姆霍茲方程可以簡寫為9iv9iv'EkE=09uv_iur'2Hk2H=0在單一均勻介質(zhì)中傳播的波為平面波,稱為橫電磁波,用TEM表示,TEM發(fā)的電場方向與磁場方向與波的傳播方向垂直,即在波導(dǎo)的傳播方向上既沒有磁場分量也沒有電場分量,即三者兩兩垂直.當(dāng)波在幾種介質(zhì)組成的空間中傳播時,根據(jù)傳播方向上電磁場分量又可以分為TE波、TM波、EH波和HE波.

15、TE波又稱為橫電波,TM波又稱為橫磁波,EH波和HE波稱為混合波,在光纖中存在TE波、TM波、EH波和HE波四種波型.對于同一類型的波,其場強(qiáng)在圓周方向或徑向方向的分布情況又會有所區(qū)別,及電磁場的分布會不盡相同.通常把一種電磁場的分布就叫做一個模式.這樣的電磁場就有很多模式,一般用TEncTMUEHnn和HEn表示.m表示電場或磁場沿圓周角方向分量的波節(jié)數(shù)；n表示電場或磁場沿半徑方向分量的波節(jié)數(shù),及沿半徑方向的暗區(qū)個數(shù).HEi模是光纖中的基膜,它的截止波長為無窮大.單模光纖中傳播的就是這種模式.目前,通信用光纖的相對折射率差A(yù)<<1,稱為弱導(dǎo)光纖.這種光纖可以近似的用平面波束分析光

16、的傳播.在研究波動理論時,發(fā)現(xiàn)其中一些精確模的傳播速度接近相同,或者說他們的傳播常數(shù)接近相同,通常把這種現(xiàn)象稱為兼并,這種模式稱為兼并模.這些簡并模疊加的結(jié)果是一極化方向幾乎保持不變的模,即線偏振模LPM,因此,如果暫不考慮TE、TMEH和HE的區(qū)別,而只注意各精確摸的傳播常數(shù),就可以把傳播常數(shù)相同的模式給一個相同的名稱,即LPmL模.m和L表示不同LP模的特征.值得注意的是,只有弱到光纖才有LP模的概念,且是一種近似的表示方法.表2-1說是的是一些低階LP模玉TE波、TM波、EH波和HE波的對應(yīng)關(guān)系.表2-1LP模與精確模的對應(yīng)關(guān)系LP模名稱精確模名稱與數(shù)量簡并度LPoiHE1X22LPii

17、TEd1,TM1,H囹X24LP21EH1X2,HB1X24LP02HE2X22LP12TB2,TM2,H匡2X24LP03HE2X22LP13TEd3,TM3,H匡3X243單模光纖單模光纖是在給定的波長上,只能傳輸單一基模的光纖.ITU規(guī)定的G-652光纖和G-654光纖都屬于常規(guī)型單模光纖,假設(shè)果從折射率分布情況來分析.常見的結(jié)構(gòu)有兩種,即階躍型單模光纖和下凹型單模光纖.3.1 單模傳輸?shù)臈l件單模光纖是在給定的波長上只傳輸單一基模的光纖,在階躍單模光纖中,只傳輸LPoi(或稱HEi)模.LBi模的歸一化截止頻率為Vc=0,無截止現(xiàn)象,因此光纖的單模工作范圍就決定于第一高次模LR1的截止特

18、性.查表得LR1模的歸一化截止頻率為Vc(LPn)=2.40483,而模式傳輸?shù)臈l件是V>Vc可傳,V&Vc截止,因此,要保證光纖中只傳輸LB1一個模式,那么必須要求Vc(LP01)«V<Vc(LP11)即0<V<2.40483,這就是階躍單模光纖的單模傳輸條件.3.2 單模光纖的特性參數(shù)3.2.1 衰減系數(shù)再設(shè)計光纖通信系統(tǒng)時,一個重要的考慮是沿光纖傳輸?shù)墓庑盘柕乃p,它是線路上決定中繼距離的主要因素.衰減量的大小通常用衰減系數(shù)a來表示,單位是dB/km,衰減系數(shù)a的定義為10,P-=log-LPo其中：L為光纖長度,P為光纖輸入的光功率,Po為光纖

19、輸出的光功率.3.2.2色散系數(shù)我們已經(jīng)知道,光纖的色散可以分為三大局部即模式色散、材料色散與波導(dǎo)色散.而對于單模光纖而言,由于實(shí)現(xiàn)了單模傳輸所以不存在模式色散的問題,故其色散主要表現(xiàn)為材料色散與波導(dǎo)色散(統(tǒng)稱模內(nèi)色散).綜合考慮單模光纖的材料色散與波導(dǎo)色散,統(tǒng)稱色散系數(shù).色散系數(shù)可以這樣理解：每公里的光纖由于單位譜寬所引起的脈沖展寬值.因此,L公里光纖由色散引起的脈沖展寬值為二-ggDgL其中：九為光源譜寬,仃為根均方展寬值.色散系數(shù)越小越好.光纖的色散系數(shù)越小,就意味著其帶寬系數(shù)越大即傳輸容量越大.例如CCITT建議在波長1.31微米處單模光纖的色散系數(shù)應(yīng)小于3.5ps/km.nm.經(jīng)過計

20、算,其帶寬系數(shù)在25000MHz-km以上,是多模光纖的60多倍多模光纖的帶寬系數(shù)一般在1000MHzkm以下.3.2.3 模場直徑模場直徑表征單模光纖集中光能量的程度.由于單模光纖中只有基模在進(jìn)行傳輸,因此粗略地講,模場直徑就是在單模光纖的接收端面上基模光斑的直徑實(shí)際上基模光斑并沒有明顯的邊界.為了直觀和便于理解,模場直徑可近似地表達(dá)為,22d二NAt其中：九為光波波長um,NA為單模光纖的最大理論數(shù)值孔徑.例如：某一單模光纖參數(shù)為n1二1.45,=0.0036那么其最大理論數(shù)值孔徑可求NA=n12=1.4520.0036-0.12當(dāng)它工作在九二1.31微米時,其模場直徑為22-221.31

21、d=9.8um二NAt0.12二可以極其粗略地認(rèn)為很不嚴(yán)格的說法,模場直徑d和單模光纖的纖芯直徑相近.3.2.4 截止波長我們知道,當(dāng)光纖的歸一化頻率V小于其歸一化截止頻率Vc時,才能實(shí)現(xiàn)單模傳輸,即在光纖中僅有基模在傳輸,其余的高次模全部截止.由歸一化頻率的表達(dá)式可得2二n1al2Vc九由上式可以得出2二'caiNAtVc也就是說,除了光纖的參量如纖芯半徑,數(shù)值孔徑必須滿足一定條件外,要實(shí)現(xiàn)單模傳輸還必須使光波波長大于某個數(shù)值,即九九c,這個數(shù)值就叫做單模光纖的截止波長.因此,截止波長建的含義是,能使光纖實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)淖钚」ぷ鞴獠úㄩL.也就是說,盡管其它條件皆滿足,但如果光波波長不大

22、于單模光纖的截止波長,仍不可能實(shí)現(xiàn)單模傳輸.以上我們簡單介紹了多模光纖與單模光纖幾項重要的特性參數(shù),盡管光纖的特性參數(shù)很多,但作為一個系統(tǒng)工作者能了解上述特性參數(shù)就已經(jīng)足夠了.4Beamprop介紹BeamPRO是一個高度集成了計算機(jī)輔助設(shè)計和模擬仿真的專業(yè)軟件,專用于設(shè)計集成光學(xué)波導(dǎo)元件和光路.此軟件由美國RSOF儂司出品,1994年投入市場,被學(xué)院及產(chǎn)業(yè)公司的開發(fā)設(shè)計人員廣泛使用.此軟件使用先進(jìn)的有限差分光束傳播法(finite-differencebeampropagationmethod)來模擬分析光學(xué)器件.用戶界面友好,分析和設(shè)計光學(xué)器件輕松方便.其主程序為一套完善的用于設(shè)計光波導(dǎo)元

23、件和光路CADS計系統(tǒng),且可限制相關(guān)的模擬參數(shù),如：數(shù)值參數(shù)、輸入場以及各種顯示、分析功能選項.另一功能為模擬程序,它可以在主程序內(nèi)或獨(dú)立執(zhí)行模擬分析工作,以圖形方式顯示域的特性以及用戶感興趣的各種數(shù)值特性.軟件界面如圖4-1所示.圖4-1BeamPROP軟件主界面5軟件仿真5.1 軟件參數(shù)設(shè)置翻開BeamProp軟件所在文件夾,翻開CADLayout程序,開始這次的單模光纖的仿真.首先在菜單中選擇“NewCircuit,然后修改其中的“FreeSpaceWavelength"、"BackgroundIndex、“IndexDifference和“WaveguideWidt

24、h參數(shù),參數(shù)設(shè)置如圖5-1所示.這里選擇標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的參數(shù)設(shè)置.圖5-1全局設(shè)置畫出一根光纖波導(dǎo),調(diào)制它的位置,使其豎直放置,再設(shè)置光源的特性和觀察的路徑.首先設(shè)置路徑,單擊左側(cè)工具欄中的“EditPathways按鈕.單擊后左側(cè)工具欄會變成路徑設(shè)置欄.點(diǎn)擊NeW按鈕,會新建一個路徑,再左鍵點(diǎn)擊我們畫好的波導(dǎo),使路徑與波導(dǎo)相一致此時波導(dǎo)會變綠色,如圖5-2所小.圖5-2新建路徑然后再點(diǎn)擊"Monitors"按鈕,會彈出一個小對話框,設(shè)置一個與路徑相匹配的探測器,選擇FiberModepower,如圖5-3所示.點(diǎn)擊又t話框的"OK按鈕回到路徑設(shè)置模式,再點(diǎn)擊左側(cè)的

25、"OK按鈕回到畫圖模式.圖5-3探測器設(shè)置窗口再進(jìn)行光源的設(shè)置.單擊左側(cè)工具欄中的“EditLaunchField按鈕,單擊后會彈出輸入光源的設(shè)置對話框.選擇FiberMode和基模即可,如下列圖5-4所示.LaunchParametersLaunchFieldNe叫|Powr:p«»|DeleteLaunchFieldOptionsPhase:0J.IPolarizerPathway：i."jjlType:FiberMode,Tilt:Mode:ModeRadial:RandomSet:InputFilft(E-Major):InpitFile(E-M

26、inor):AlignFteNoo10Non二BackgroundN:|defaJtDeltaN;|daulPhi：|加伯HTheta：defaultWidth:|defdukHeight:defukLan曲Normalization:|NgriPositionK|JesuitPositionY：|defaultPositionZ:|deukNeff；defaultI眼1LOne匐|Symbols_J圖5-4輸入光源設(shè)置對話框設(shè)置完成點(diǎn)擊OK.至此,模擬環(huán)境已根本設(shè)置完畢.再模擬前,要需先將文件保存下來.為了驗證光纖波導(dǎo)參數(shù)的正確性,而在CAM面只看俯視圖不能完全了解波導(dǎo)結(jié)構(gòu),我們還需要查看波

27、導(dǎo)橫截面的結(jié)構(gòu).點(diǎn)擊左側(cè)工具欄下方的"DisplayIndexProfile按鈕會彈出對話框,選擇DisplayMode為"ContourMap(XY)模式,并點(diǎn)擊OK,即可看到波導(dǎo)橫截面的折射率分布,如圖5-5所示.根據(jù)圖可得單模光纖折射率分布有明顯的分界,其中纖芯折射率為1.4682,包層折射率為1.4629,與開始設(shè)定的參數(shù)相一致,設(shè)計成功.FileEd證VhwRunHlp圖5-5單模光纖橫截面折射率分布4BwmPROP-ComputationCgmplcrwl-*23.59V：JJ.pgLO閆tW5.2 軟件仿真及結(jié)果分析5.2.1 單模光纖的電磁場分布單擊Perf

28、ormSimulation選項,選擇Slices,單擊OK最后得到如下的仿真圖.其中藍(lán)線的上下表小光功率的大小I-II.I黑X：1,223Y：1.2757；FileEdlrtPlotDrawOpliansWindowHelp叵引目國圉司叵回園回圖5-6單模光纖光功率分布對于某一個模式來說,其電磁場能量在理想情況下應(yīng)被封閉在纖芯中沿軸向傳輸.但實(shí)際上,在纖芯和包層的界面處,電磁場并不為零,而是由纖芯中的震蕩形式轉(zhuǎn)變?yōu)榘鼘又械闹笖?shù)衰減.因此,要傳輸?shù)膶?dǎo)波能量大局部是在纖芯中傳輸,而有一局部那么在包層中傳輸.圖5-6也驗證了這一點(diǎn),光功率主要分布在纖芯和纖芯包層界面處,然后隨著半徑的增大,光功率逐漸

29、降為零.對于階躍型單模光纖,基膜場強(qiáng)在光纖橫截面上的場強(qiáng)分布近似為高斯分布,光纖截面上軸心處的場強(qiáng)最大,因此把沿纖芯直徑方向,相對該場強(qiáng)最大點(diǎn)功率下降了1/e的兩點(diǎn)之間的距離,稱為單模光纖的模場直徑.5.2.2輸入光波長對單模光纖模式的影響設(shè)定一個變量wavelength,使輸入光波長等于wavelength,取三個不同的值1.55,1.05,0.55單位：um,其他參數(shù)保持不變.單擊菜單欄Run,再選擇ComputeMode03,進(jìn)行橫截面?zhèn)鬏斈Ｊ椒抡?最后得到的仿真圖如圖5-7、圖5-8、圖5-9所示ComputedTransvereeModeProfile(rri=0,ni.d=i.46

30、Ei4D5)1OQ1OUJTr?UO_139苜為口£HorizontalDirettion加EjY!-Zl.BgT圖5-7波長為1.55um時傳輸模式仿真圖compuledTrantverteModeProfit4日5及町1.020-?-_)uq_3-£靠u岑HQflzontalDirection(皿)x；工明J匕25.10圖5-8波長為1.05um時傳輸模式仿真圖X；Y：K»M9-=3?uo_m昌FOW9A圖5-9波長為0.55um時傳輸模式仿真圖其中當(dāng)輸入光波長為1.55,1.05單位：um時,只有一個傳輸模式m=0即基膜.當(dāng)輸入光波長為0.55um,產(chǎn)生不止

31、一個模式m=01、2,圖5-9給出了二階模m=2的仿真圖,此時不再滿足單模傳輸條件.光纖的歸一化頻率V二；.：2三n1alz-九當(dāng)兒減小時,V增大,當(dāng)兒減小到一定數(shù)值時,V可能不再滿足0<V<2.40483,即不再滿足單模傳輸條件,這與仿真結(jié)果相符.從另一個角度也可以分析,對應(yīng)著歸一化截止頻率的波長為截止波長,用h表示,它是保證單模傳輸?shù)谋匾獥l件.當(dāng)兒時,光纖中只傳輸單模.本次仿真中前兩次波長值都大于心,第三次小于,就產(chǎn)生了多個傳輸模式.5.2.3折射率對單模光纖模式的影響設(shè)定一個變量index,使包層折射率等于index,并保持纖芯與包層的折射率差始終為0.0053,取三個不同的

32、值1.4629,4.4629,7.4629,其他參數(shù)不變.單擊菜單欄Run,再選擇ComputeMode03,進(jìn)行橫截面?zhèn)鬏斈Ｊ椒抡?最后得到的仿真圖如圖5-10、圖5-11、圖5-12所示.其中當(dāng)折射率取1.4624,4.4624時,只有一個傳輸模式,即基膜m=0滿足單模傳輸條件.當(dāng)折射率等于7.4692時,產(chǎn)生不止一個傳輸模式m=01,不滿足單模傳輸條件,圖5-12給出了一階模m=1的仿真圖.ComputedTransver&eModeProfile(m=O,n.r-1.4&522Si苦.LLI0-t5ua而.£¥10oHorizontalDirecti

33、ontuinX:-32.1)5圖5-10折射率為1.4629時的傳輸模式仿真圖ComputedTransverseModeProfile(m=0,nf1=4.46&795)HoriaontalDirection(|jm)X:10.221Y:-1IB.82J圖5-11折射率為4.4629時的傳輸模式仿真圖HorizontalDirection(|im)X：-H.4H0：Y；圖5-12折射率為7.4629時的傳輸模式仿真圖光纖的歸一化頻率V=-、2.、：n1a九當(dāng)小增大時,V增大,當(dāng)小增大到一定數(shù)值時,V可能不再滿足0:二V:二2.40483即不再滿足單模傳輸條件,這與仿真結(jié)果相符.5.2

34、.4纖芯半徑對單模光纖模式的影響設(shè)定一個變量wide,使光纖纖芯長和寬等于wide,通過改變wide來改變纖芯半徑.wide取三個不同的值8.2,18,28(單位：urn),其他參數(shù)不變.單擊菜單欄Run,再選擇ComputeMode03,進(jìn)行橫截面?zhèn)鬏斈Ｊ椒抡?最后得到的傳輸模式仿真圖如圖4-13、圖4-14、圖4-15所示.ComputedTransverseMedsprofile(m=Q,n.f-1.465228)20-jlHonzontalOirectior即圖5-13wide為8.2um時的傳輸模式仿真圖ComputedTransverseModeProfilem=0,rrl,=l.4&6892HorizoniaiDirection即圖5-14wide為18um時的傳輸模式仿真圖ComputedTransverseModeProfile(171=1.0=1465621)YU-IUW2NHorizontalDirection(um)X：-36.«6Y：19J53(ur_L)uo=mq布望星>圖5-15wide為28um時的傳輸模式仿真圖其中當(dāng)w