光纤仿真相关参数——光纤损耗、数值孔径、归一化参数
对于光纤,不难想象它频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、成本低等优点。
光纤的损耗可以用以下公式表示:
在光的传播过程中,会按照光线的功率损耗系数\alpha衰减,单位为
我们可以用经过一端距离l后输出的光功率以及输入光功率计算光纤的衰减系数:
对于圆柱形光纤,半径和对应的折射率如图所示:
重要的参数有:
光纤的数值孔径NA:
相对折射率差:
在相对折射率差很小,远小于1时,两者的关系可以表示为:
定义归一化参数:
归一化频率V:
归一化频率也叫做V参量或者V数,该数值越大,代表横向尺寸相对波长越大,能容纳的波导模式越多
显然,我们希望单模光纤的V数较小,这样能容纳的模式数恰好为1
但与此同时,V数值越大,光传播时能量更多的集中在芯层,因此,我们希望在可行的情况下V值较大。
单模光纤的V值一般要求接近2.4048.这是根据限制高阶模在光纤中的传输计算出的结果。
芯层区横向相位参数:
包层区横向衰减参数:
易得:
设想光逸散在包层中,光模式在光纤中正常传输时,包层中的衰减参数应当满足光功率按照指数衰减。
当光衰减参数为0,也就是光在包层中不衰减,产生了震荡模
此时光纤中的光不能正常传播,取此时的V是归一化截止频率
前面说过,对于单模光纤,当V>2.4048时,高阶模式也能传播
所以,对于给定了折射率的单模光纤,存在一个截止频率:
当V的值大于V_{c}光纤传输是正常的
显然,这和光波长、光纤折射率参数有关
定义:
有效折射率:
归一化相位常数:
显然:
参考《高等光学仿真——光波导、激光》
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