RP Fiber Power: Simulations- und Design-Software
für Faseroptik, Faserverstärker und Faserlaser
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Beispiel: Berechnung von Fasermoden
Beschreibung des Modells
Dieses Skript zeigt, wie Fasermoden mit dem integrierten mode solver berechnet werden können. Es geht aus von einem gegebenem Brechungsindexprofil des Faserkerns, welches in Form von tabellierten Werten gegeben ist. (Natürlich dürfte es auch als Formel definiert sein.) Mit wenigen Skript-Zeilen werden die Werte eingelesen, und die Index-Funktion nf(r) interpoliert sie:
r_co := 10 um { core radius }
n_cl := 1.44 { cladding index }
dr := 2 um { radial resolution of index table }
defarray n_f[0, r_co, dr]
readlist r, n_f[r * um]:
0, 1.442
2, 1.444
4, 1.444
6, 1.443
8, 1.441
10, 1.44
n_f(r) := if r <= r_co then n_f~~[r] else n_cl
Diese Funktion muss nun lediglich der Faser zugeordnet werden:
calc set_n_profile("n_f",r_co)
Danach sind diverse Funktionen verfügbar, welche alle Moden-Eigenschaften liefern, insbesondere die Intensitätsprofile.
Resultate
Die folgenden Abbildungen zeigen diverse Eigenschaften der berechneten Fasermoden. Die Intensitätsprofile könnten auch einfach bei der Definition eines Modells für die Berechnung von optischen Leistungen verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass der mode solver extrem effizient arbeitet. Selbst wenn die Faser mehrere hundert Moden hat (also viel mehr als in diesem Beispiel), kann ein gewöhnlicher PC einen kompletten Satz von Moden innerhalb von rund einer Sekunde berechnen.
Abbildung 1 zeigt alle radialen Funktionen der berechneten Moden. Verschiedene Farben werden verschiedenen Werten des Index l zugeordnet. Das Brechungsindexprofil und die effektiven Brechungsindizes der Moden werden ebenfalls gezeigt.
Abbildung 2 zeigt die Intensitätsprofile aller Moden in Form einer bewegten Grafik.
Abbildung 3 zeigt die effektiven Brechungsindizes aller Moden als Funktion der Wellenlänge. Diese Werte nähern sich beim jeweiligen cut-off dem Cladding-Index (1,44).
Abbildung 4 zeigt den prozentualen Anteil der Leistung aller Moden, der innerhalb des Faserkerns propagiert. In der Nähe des jeweiligen cut-offs nimmt dieser Wert ab.
Abbildung 5 zeigt mit bewegter Grafik die Modenprofile, während die Wellenlänge allmählich erhöht wird. Die Moden werden kurz vor ihrem cut-off relativ groß.
