光纤及双光纤扰模器远/近场扰模性能的模拟分析

发布时间：2022-01-07 20:50

　　在高精度视向速度测量系统中,圆形光纤逐渐被多边形光纤替代,结合多边形光纤、透镜和圆形光纤的扰模方案也被陆续提出。通过光线追迹的方法,对圆形、八边形截面的两种光纤以及基于这两种光纤的双光纤扰模器的扰模性能进行了模拟分析。模拟结果表明:虽然圆形光纤有较好的远、近场角向扰模,但是径向扰模效果不佳;八边形光纤的近场径向和角向扰模性能均较优,但远场扰模与圆形光纤没有明显差异;双光纤扰模器能有效提高光纤扰模性能,而使用了八边形光纤的双光纤扰模器的远、近场扰模性能均较优。 

【文章来源】：光学学报. 2019,39(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图１圆形光纤中的光线追迹Ｆｉｇ．１Ｒａｙｔｒａｃｉｎｇｉｎｃｉｒｃｕｌａｒｆｉｂｅｒ

线与光纤边界的交点，根据公式：Ｒ＝Ｉ－２ＩＮＮ，（２）由反射前光线的方向向量Ｒ和交点处的法线方向向量Ｎ可以得到反射之后光线的方向向量Ｉ，完成一次全反射。全反射之后的光线方向可以通过加入一个大小服从高斯分布的随机波动模拟实际光纤不理想或是外界应力带来的微扰以及光纤弯曲带来的影响。在模拟程序中给定光纤的长度Ｌ，光纤中多次反射后的光线最终在光纤末端端面出射，计算得到光纤出射时的位置和方向即完成单条光线在光纤中的追迹。单条光线在光纤中的追迹流程如图２所示。模拟程序中设置光纤长度Ｌ＝１０００Ｒ（Ｒ＝５０μｍ，为纤芯的半径，对于八边形光纤，半径指其内切圆的半径），光纤ＮＡ取０．２２。为了呈现输出光场分布情况，一次模拟需要计算数千条光线，追迹光线数目为６０００。要真实模拟星光入射情况太过复杂，不在研究范围。为了反映入射条件，通过不同的光瞳（孔径）和入射位置偏移ｄ来模拟望远镜孔径遮挡和星光抖动带来的影响，如图３所示。出射光线位置向量分布表示出射近场分布，方向向量分布表示出射远场分布。通过对比不同入射光瞳和位置的出射光场变化，即可简单有效地分析光纤的扰模特性。如果光纤的近场扰模性能非常好，出射近场分布将抹除入射光的位置信息，不随入射偏移发生改变；远场扰模性能好，出射远场分布将抹除光瞳信息，不随孔径分布发生改变。图２光纤中的单条光线追迹流程Ｆｉｇ．２Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｉｎｇｌｅｒａｙｔｒａｃｉｎｇｉｎｆｉｂｅｒ图３模拟的几何结构Ｆｉｇ．３Ｇｅｏｍｅｔ

光线在光纤中的追迹。单条光线在光纤中的追迹流程如图２所示。模拟程序中设置光纤长度Ｌ＝１０００Ｒ（Ｒ＝５０μｍ，为纤芯的半径，对于八边形光纤，半径指其内切圆的半径），光纤ＮＡ取０．２２。为了呈现输出光场分布情况，一次模拟需要计算数千条光线，追迹光线数目为６０００。要真实模拟星光入射情况太过复杂，不在研究范围。为了反映入射条件，通过不同的光瞳（孔径）和入射位置偏移ｄ来模拟望远镜孔径遮挡和星光抖动带来的影响，如图３所示。出射光线位置向量分布表示出射近场分布，方向向量分布表示出射远场分布。通过对比不同入射光瞳和位置的出射光场变化，即可简单有效地分析光纤的扰模特性。如果光纤的近场扰模性能非常好，出射近场分布将抹除入射光的位置信息，不随入射偏移发生改变；远场扰模性能好，出射远场分布将抹除光瞳信息，不随孔径分布发生改变。图２光纤中的单条光线追迹流程Ｆｉｇ．２Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｉｎｇｌｅｒａｙｔｒａｃｉｎｇｉｎｆｉｂｅｒ图３模拟的几何结构Ｆｉｇ．３Ｇｅｏｍｅｔｒｙｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０５０６００５－３

【参考文献】：
期刊论文
[1]分段式光纤传输系统的扰模增益及能量变化[J]. 韩建,肖东,叶慧琪,吴元杰,徐韦佳.  光学学报. 2016(11)
[2]中心偏移对阶跃圆柱多模光纤环形出射场的影响[J]. 叶慧琪,韩建,肖东.  光学学报. 2016(09)
[3]多边形光纤远近场扰模特性[J]. 韩建,肖东.  光学学报. 2016(04)



本文编号：3575246