利用Rsoft开展弯曲光纤仿真分析

Rsoft是一款优秀的光学仿真软件，里面集成了多个模块，其中BPM模块利用光束传播法（Beam Propagation Method），能够进行多种类型光器件的仿真，比如分束器、光纤等。这次，利用该模块展示如何开展光纤弯曲情况下的仿真分析。

初始设置如下：仿真工具为BeamPROP模块，维度为3D，自由空间波长为1.55μm，3D结构为光纤，因为考虑的是空气情况，所以背景折射率设置为1。

图1 初始化参数设置

初始化设置后，建立光纤结构，对光纤的包层和纤芯特性进行设置。由于Rsoft可以进行符号化运行，因此我们涉及到的参数设定都尽量用符号来表示，设置的符号变量如下：光纤纤芯直径为10μm，折射率1.46，光纤包层直径为125μm，折射率1.449，长度10cm，弯曲半径为5mm。利用符号对光纤纤芯和包层的参数进行设定，其中光纤的弯曲是通过等效弯曲实现的，具体参数设置如图3所示。

图2 符号变量列表

图3 等效弯曲设置

设置完参数后，观察其折射率分布，确认折射率分布的合理性。由于此处采用了等效弯曲的方法，因此折射率分布不再是均匀的，如图4所示。

图4 折射率分布

然后，将纤芯设置为路径，并对入射场进行设置，入射位置为纤芯端面。需要注意的是，入射场的模式计算，默认是按照背景折射率进行计算，而实际上需要将其设置为包层的折射率。

图5 （左）以背景折射率为基础计算的模场分布；（右）以包层折射率为基础计算的模场分布

设置光纤纤芯为监测路径，同样注意折射率需要设置为包层折射率。

现在就可以用以分析光束在弯曲光纤中的传输情况。

图6 光纤中的光场分布

构建模型中有几个需要注意的点如下：

            1 尽可能将变量设置为符号；

            2 自己设置的符号，尽可能用大写字母开头，同软件内置的符号区分开。

            3 由于BPM计算结果同折射率具有很大关系，所以要养成勤看折射率分布的习惯。

            4横截面网格和光纤轴向的步长需要根据计算精度和计算速度进行合适的选择。