Iššūkis
Optinis pluoštas perduoda signalą su mažais nuostoliais dideliais atstumais, tačiau kiekvienas lenkimas pablogina jo veikimą. Lenkimas deformuoja vedamo modo lauko pasiskirstymą, palyginti su tiesaus bangolaidžio modu, dėl to dalis optinės galios išteka iš šerdies į apvalkalą ir spinduliuoja į išorę. Tikslus šių nuostolių modeliavimas yra svarbus projektuojant pluoštus, palaikant signalo vientisumą optiniuose tinkluose ir kompaktiškoje fotoninėje integracijoje, kur glaudūs lenkimai kartais neišvengiami. Klausimas — nuo kokio lenkimo spindulio nuostoliai tampa nepriimtini?
Sprendimas
SMF-28 pluoštas sumodeliuotas OptiMode FEM sprendiklyje esant λ = 1550 nm bangos ilgiui: legiruoto kvarco stiklo šerdis (n = 1,44916, skersmuo 8,3 μm) grynos kvarco stiklo apvalkale (n = 1,44346), su PML ribinėmis sąlygomis, sugeriančiomis laukus toli nuo šerdies. Lenkimo nuostoliai tiesiogiai išplaukia iš modo kompleksinio efektyvaus lūžio rodiklio menamosios dalies:
Nuostoliai (dB/m) = 4,343 · (4π · Im(n_eff) / λ)
Svarbiausia technika — „žingsniavimas“ lenkimo spinduliu: simuliacija pradedama nuo labai didelio spindulio (gerai vedamas modas), po to žengiama mažais žingsniais link tikslinio spindulio, naudojant ankstesnio žingsnio modo koeficientą kaip kito žingsnio įvertį. Dėl to sprendiklis išlieka toje pačioje modo šakoje ir nepašoka į nefizines būsenas. Kartojant tai spindulių diapazonui, gaunama pilna nuostolių charakteristika.
Nuostoliai (dB/m) = 4,343 · (4π · Im(n_eff) / λ)
Svarbiausia technika — „žingsniavimas“ lenkimo spinduliu: simuliacija pradedama nuo labai didelio spindulio (gerai vedamas modas), po to žengiama mažais žingsniais link tikslinio spindulio, naudojant ankstesnio žingsnio modo koeficientą kaip kito žingsnio įvertį. Dėl to sprendiklis išlieka toje pačioje modo šakoje ir nepašoka į nefizines būsenas. Kartojant tai spindulių diapazonui, gaunama pilna nuostolių charakteristika.
Rezultatai
- Nuostoliai priklausomai nuo lenkimo spindulio — žemiau 0,5 dB/m esant R = 14 mm, kylantys iki kelių šimtų dB/m esant R = 6 mm.
- Puiki atitiktis su analitiniu modeliu — FEM rezultatai sutampa su analitiniu sprendiniu (Faustini ir Martini, 1997), kas patvirtina metodo patikimumą.
- Matomas nuostolių mechanizmas — esant R = 6 mm modo laukas akivaizdžiai pasislenka iš šerdies link apvalkalo, o spinduliuotė pasireiškia kaip n_eff menamoji dalis.
- Projektavimo sprendimo pagrindas — vienareikšmis minimalaus lenkimo spindulio pasirinkimas nustatytam nuostolių biudžetui dar prieš gamybą.
- Puiki atitiktis su analitiniu modeliu — FEM rezultatai sutampa su analitiniu sprendiniu (Faustini ir Martini, 1997), kas patvirtina metodo patikimumą.
- Matomas nuostolių mechanizmas — esant R = 6 mm modo laukas akivaizdžiai pasislenka iš šerdies link apvalkalo, o spinduliuotė pasireiškia kaip n_eff menamoji dalis.
- Projektavimo sprendimo pagrindas — vienareikšmis minimalaus lenkimo spindulio pasirinkimas nustatytam nuostolių biudžetui dar prieš gamybą.
Naudota programinė įranga
OptiMode yra Optiwave FEM modų sprendiklis, skirtas bangolaidžių ir pluoštų modų analizei. Jis skaičiuoja kompleksinį efektyvų lūžio rodiklį, iš kurio tiesiogiai išplaukia lenkimo nuostoliai — tai baigtinių elementų metodo modų analizės sritis.
Norite nustatyti minimalų lenkimo spindulį savo pluoštui ar bangolaidžiui, esant nustatytam nuostolių biudžetui? Paprašykite OptiMode bandomosios versijos arba susisiekite su mumis — parodysime, kaip sukurti tokią modų analizę.
Pavyzdys, pagrįstas Optiwave taikomąja pastaba OptiMode; rezultatų atitiktis patikrinta lyginant su analitiniu modeliu (L. Faustini, G. Martini, „Bend loss in single-mode fibers“, J. Lightwave Technol., 1997).