ZEMAX在多模光纖準直器設計中的應用

2021-01-14 OFweek維科網

   　本文利用ZEMAX軟體進行多模光纖準直器的設計。在ZEMAX開發環境下建立多模光纖準直器光路系統的理論模型，通過人工優化的方法，設計並製作了可調焦的多模光纖準直器，仿真結果與實際結果相一致，證實了利用ZEMAX進行多模光纖準直器設計的可行性和準確性。利用所建立的模型，分析了各種因素對光纖準直器耦合效率和準直度的影響。

　　ZEMAX是美國FocusSoftwareInc公司開發的光學設計和仿真分析軟體，具有強大的雷射束傳輸仿真功能，並提供了序列和非序列兩種光線追跡模式。其中序列模式下可以使用物理光學傳播來定義高斯光束；非序列模式下有多種光源模型，包括高斯光束、半導體高斯光束、橢圓高斯光束等。光纖準直器是一種光無源器件，其作用是將光纖中出射的發散光束準直成平行光束，或者將平行光束匯聚進入光纖中去，以提高光纖系統的耦合效率。光纖準直器通常主要由準直系統和光纖兩部分組成。光纖準直器根據光纖的不同可以分為單模光纖準直器和多模光纖準直器。其中，多模光纖準直器由於其耦合效率高而被廣泛應用在傳能方面。

　　本文從實用的角度出發闡述ZEMAX在光無源器件2多模光纖準直器設計中的應用，通過建模來驗證ZEMAX在多模光纖準直器設計中的可行性。

　　2建模

　　在ZEMAX軟體中，混合式非序列常常被用來仿真不易建立於序列性模式下的光學組件。從序列模式出發，在混合式非序列下對光纖準直器進行仿真建模。在建模仿真之前，首先設計準直系統，採用偶次非球面單透鏡作為準直系統。在ZEMAX中，偶次非球面可以表示為

　　式中c為頂點處的基本曲率，r為垂直光軸方向的徑向坐標，k為二次曲面常數，ai為非球面係數。其中k<-1為雙曲面，k=-1為拋物面，-1<k<0為橢圓，k=0為球面，k>1為扁圓。

　　在非球面透鏡的應用中，平面(或凸面)2雙曲面透鏡可以將無限遠目標聚焦成無像差的光斑。利用這個特性，可以運用平面(或凸面)2雙曲面透鏡對半導體雷射器的快軸進行準直，如圖1所示。

　　圖1平面2雙曲面準直器

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  • 如何選用單模光纖與多模光纖
    2、多模光纖的傳輸距離相對於雙絞線，多模光纖能夠支持較長的傳輸距離；在10mbps及100mbps的乙太網中，多模光纖最長可支持2000米的傳輸距離；而於1GbpS千兆網中，多模光纖最高可支持550米的傳輸距離；在10Gbps萬兆網中，多模光纖OM3可到300米，OM4可達500米；
  • 多模光纖和單模光纖
    一般在管道中或強制通風處可選用阻燃但有煙的類型（Plenum）或可燃無毒的類型（LSZH），暴露的環境中應選用阻燃、無毒和無煙的類型（Riser）。3、樓內垂直或水平布纜時，可選用與建築物內通用的緊套光纜、配線光纜或分支光纜時。4、根據網絡應用和光纜應用參數選擇單模和多模光纜，通常室內和短距離應用以多模光纜為主，室外和長距離應用以單模光纜為主。
  • 多模光纖中的非線性光學
    現代通信系統基於單模光纖組成的網絡，隨著通信容量需求的不斷增長已顯力不從心。因此將傳輸多個橫向模式的多模光纖用於通信已成為新興技術趨勢。另外多模光纖超大的有效模面積使其能夠突破單模光纖雷射器的功率瓶頸，在超高功率光纖雷射器方面具有較大潛力。多模光纖中各個模式間的複雜相互作用，能夠產生比單模光纖更加豐富的非線性光學現象。
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    根據網絡應用和光纜應用參數選擇單模和多模光纜，通常室內和短距離應用以多模光纜為主，室外和長距離應用以單模光纜為主。4. 在光纖的連接中，如何選擇固定連接和活動連接的不同應用?光纖的活動連接是通過光纖連接器實現的。
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  • 單模光纖與多模光纖的區別與選擇
    但有用戶就使用過程就發現，光纖有單模光纖與多模光纖的區別，那麼這兩者之間有什麼區別，各適應什麼樣的場合，本文章就在此做一簡單解答。 　　首先，不管單模光纖還是多模光纖，都是為了遠距離高質量的傳輸數據的，不同點就在於光的傳輸方式不同，光在單模光纖中是沿著直線進行傳播的，不反射，所以其傳播距離非常遠。而多模光纖則可以承載多路光信號的傳送。
  • 單模與多模光纖的區別
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    在討論到底在哪裡使用多模光纖才有意義這個問題之前，我們先來了解一下必須使用單模光纖的應用： 1、距離 – 如果希望在 40 Gbps 的速度下運行，並且傳輸超過 150 米的距離，那麼單模光纖就是唯一的出路，因為該應用超出了多模光纖的能力2、數據速率 – 在速度超過 100 Gbps
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  • 單模多模光纖的區別
    光纖和光模塊都有單模和多模兩種類型，那麼我們可能在使用中會產生疑問，單模/多模光纖和單模/多模光模塊如何配套使用？
  • 一文讀懂多模光纖和單模光纖的聯繫與區別!
    一般在管道中或強制通風處可選用阻燃但有煙的類型(Plenum)或可燃無毒的類型(LSZH)，暴露的環境中應選用阻燃、無毒和無煙的類型(Riser)。 　　3、樓內垂直或水平布纜時，可選用與建築物內通用的緊套光纜、配線光纜或分支光纜時。 　　4、根據網絡應用和光纜應用參數選擇單模和多模光纜，通常室內和短距離應用以多模光纜為主，室外和長距離應用以單模光纜為主。
  • 一分鐘了解光纖、單模光纖、多模光纖
    光以一特定的入射角度射入光纖，在光纖和包層間發生全發射（由於包層的折射率稍低於纖芯），從而可以在光纖中傳播。塗覆層的主要作用是保護光纖不受外界的損傷，同時又增加光纖的柔韌性。正如前面所述，纖芯和包層都是玻璃材質，不能彎曲易碎，塗覆層的使用則起到保護並延長光纖壽命的作用。非裸纖的光纖外面還會加一層外護套，除了起到保護作用，不同顏色的外護套還可以用來區別各種光纖。
  • 單模光纖、單模光纜、多模光纖、多模光纜,你分得清嗎?
    光纖就是光纜內的玻璃纖維，只是在工程運用中經常不嚴格區分二者的同稱而已。什麼是單模光纖、單模光纜、多模光纖、多模光纜單模光纖定義：單模光纖(SingleModeFiber)：中心玻璃芯很細(芯徑一般為9或10μm)，只能傳一種模式的光纖。