Väljakutse
Kiud edastab signaali pikkade vahemaade taha madalate kadudega, kuid iga kõverdus halvendab selle jõudlust. Kõverdus deformeerib juhitud moodi väljajaotuse võrreldes sirge lainejuhi jaotusega, mistõttu osa optilisest võimsusest lekib südamikust ümbrisesse ja kiirgub välja. Nende kadude täpne modelleerimine on oluline kiudude projekteerimisel, signaali terviklikkuse säilitamisel optilistes võrkudes ja kompaktses fotoonilises integratsioonis, kus tihedaid kõverdusi mõnikord ei saa vältida. Küsimus on: millise kõveradiuse juures muutuvad kaod vastuvõetamatuks?
Lahendus
SMF-28 kiud modelleeriti FEM-lahendajas OptiMode lainepikkusel λ = 1550 nm: doteeritud kvartsi südamik (n = 1,44916, läbimõõt 8,3 μm) puhtas kvartsi ümbrises (n = 1,44346), PML piirtingimustega, mis neelavad väljad südamikust kaugel. Kõverduskaod tulenevad otse moodi kompleksse efektiivse murdumisnäitaja imaginaarosast:
Kadu (dB/m) = 4,343 · (4π · Im(n_eff) / λ)
Võtmetehnika on „sammumine” läbi kõveradiuse: simulatsioon algab väga suurest raadiusest (hästi juhitud mood) ja seejärel väheneb järk-järgult sihtraadiuseni väikeste sammudega, kasutades eelmise sammu moodikoefitsienti järgmise hinnanguna. See hoiab lahendaja kinni samas moodiharus ja takistab selle üleminekut mittefüüsikalistesse olekutesse. Selle protsessi kordamine raadiuste vahemikus annab täieliku kaokarakteristiku.
Kadu (dB/m) = 4,343 · (4π · Im(n_eff) / λ)
Võtmetehnika on „sammumine” läbi kõveradiuse: simulatsioon algab väga suurest raadiusest (hästi juhitud mood) ja seejärel väheneb järk-järgult sihtraadiuseni väikeste sammudega, kasutades eelmise sammu moodikoefitsienti järgmise hinnanguna. See hoiab lahendaja kinni samas moodiharus ja takistab selle üleminekut mittefüüsikalistesse olekutesse. Selle protsessi kordamine raadiuste vahemikus annab täieliku kaokarakteristiku.
Tulemused
- Kadu sõltuvalt kõveradiusest — alla 0,5 dB/m R = 14 mm juures, tõustes sadade dB/m-ni R = 6 mm juures.
- Suurepärane vastavus analüütilisele mudelile — FEM tulemused vastavad analüütilisele lahendile (Faustini ja Martini, 1997), kinnitades meetodi usaldusväärsust.
- Nähtav kaomehhanism — R = 6 mm juures nihkub moodiväli selgelt südamikust ümbrisesse ning kiirgus avaldub n_eff imaginaarosana.
- Alus projekteerimisotsustele — ühemõtteline minimaalse kõveradiuse valik antud kaoeelarve jaoks, enne tootmist.
- Suurepärane vastavus analüütilisele mudelile — FEM tulemused vastavad analüütilisele lahendile (Faustini ja Martini, 1997), kinnitades meetodi usaldusväärsust.
- Nähtav kaomehhanism — R = 6 mm juures nihkub moodiväli selgelt südamikust ümbrisesse ning kiirgus avaldub n_eff imaginaarosana.
- Alus projekteerimisotsustele — ühemõtteline minimaalse kõveradiuse valik antud kaoeelarve jaoks, enne tootmist.
Kasutatud tarkvara
OptiMode on Optiwave FEM modaallahendaja lainejuhtide ja kiudude moodide analüüsiks. See arvutab kompleksse efektiivse murdumisnäitaja, millest tulenevad otse kõverduskaod — see on lõplike elementide meetodil põhineva moodianalüüsi valdkond.
Soovite määrata oma kiu või lainejuhi minimaalse kõveradiuse antud kaoeelarve jaoks? Küsige OptiMode prooviversiooni või võtke meiega ühendust — näitame, kuidas seda tüüpi moodianalüüsi üles seada.
Näide, mis põhineb Optiwave rakendusmärkusel OptiMode kohta; tulemused kontrolliti vastavuse osas analüütilisele mudelile (L. Faustini, G. Martini, „Bend loss in single-mode fibers,” J. Lightwave Technol., 1997).