模式选择耦合器(MSC)使用的是一根单模光纤和一个少模光纤。若在耦合区中,SMF中基模的传输常数β01与FMF中某一高阶模式的传输常βmn数接近,则这两个模式就能相互转换。以单模光纤和少模光纤构成的非对称型模式选择耦合器为模型,利用光束传播法的Rsoft仿真软件演示在所设计参数下的能量传输情况。
首先,进入RSoft CAD-Layout,点击左上角的“New Circuit”按钮,新建仿真文件,波导的一些基本特性参数需要在此设定。3D Structure Type 设为 Fiber,并设置背景折射率为1.444,自由空间波长为1550nm。
点击BeamPROP窗口左边的mode,绘制相应形状的波导。鼠标左键,在任意另一处再单击左键,即可画出相应的波导。左边的作为SMF耦合区域的纤芯,同样画出右边波导作为FMF耦合区域的纤芯。将鼠标移动至波导上(红色 区域上),再单击鼠标右键,会弹出波导的设置菜单。分别设置两个波导折射率分为n=1.449和n=1.4499,1.4499为FMF LP11模式的有效折射率,截面尺寸分别为5.4μm和10.8μm,对应耦合区域的宽度,SMF和FMF之间的距离为10μm。
然后再点击任务栏左侧的路径,点击“new“,然后选中左边的波导,再次点击”Monitors”按钮,设置一个与路径相匹配的探测器,监视器类型选择“fiber mode power”,用于监测SMF中LP01模式,同样再次新建一个路径选中右边的波导,用于监测FMF中的LP11模式。设置完后,依次点击OK按钮。
点击任务栏左侧的Simulation(红绿灯),选择XZ截面,并适当调整网格精度,点击OK,得到仿真结果如图所示,其中左边的图代表SMF中LP01模式和FMF中LP11模式之间的转换,右图为转换过程中的对应的模式变化。
然后分别改变FMF的尺寸设置为8.1μm和8.8μm,分别对应模式LP21和LP02模式下的尺寸,并将监视器监测的模式改为LP21和LP02模式,仿真结果如下。可以观察导LP01模式在相应的尺寸下面分别装欢成LP21模式和LP01模式。
本案例采用Rsoft软件,以由SMF和FMF构成的非对称模式选择耦合器模型,通过设置波导的有效模式折射率以及波导宽度,动态演示了LP01模式分别与LP11模式,LP21模式和LP02模式之间的耦合过程,并且可以通过设置不同的耦合长度获得不同的模式占比。
最后,有相关仿真需求欢迎联系我们。