自聚焦光纤的设计及其与标准单模光纤的耦合效率分析

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：电子0902 指导教师：工作单位：信息工程学院

题目:自聚焦光纤的设计及其与标准单模光纤的耦合效率分析

初始条件：

（1）掌握光纤技术与应用基本原理

（2）Beamprop软件

（3）计算机

要求完成的主要任务:

设计一个自聚焦光纤，观察其仿真结果，并对耦合效率进行仿真，得到相

应的结果。

时间安排：

2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。

2012.6.25-6.28学习beamprop软件(或Fullwave软件)，查阅相关资料，

复习所设计内容的基本理论知识。

2012.6.29-7.5对自聚焦光纤进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。

2012.7.6 提交课程设计报告，进行答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 绪论 (1)

1 自聚焦光纤简介 (2)

1.1自聚焦光纤 (2)

1.2 自聚焦光纤的特点 (2)

1.3 自聚焦光纤的主要参数 (3)

2 自聚焦光纤的应用 (4)

2.1 聚焦和准直 (4)

2.2 光耦合 (5)

2.3 单透镜成像 (6)

3自聚焦光纤设计仿真 (7)

3.1 Beamprop简介 (7)

3.2 波导绘制及参数设置 (8)

3.3 自聚焦光纤功能仿真 (10)

3.4 自聚焦光纤的耦合效率对比 (11)

4 心得体会 (13)

参考文献 (14)

摘要

本文主要说明应用梯度折射率对光传播的影响分析设计自聚焦光纤（GRIN lens），自聚焦光纤主要应用于光纤传输系统中。自聚焦光纤同普通透镜的区别在于，自聚焦光纤材料能够使沿轴向传输的光产生折射，并使折射率的分布沿径向逐渐减小，从而实现出射光线被平滑且连续的汇聚到一点。利用此特性，G-lens 在光纤传输系统中是构成准直、耦合、成像系统的主要部分。而它结构简单，体积小的特点更适用于小型光学器材中，例如窥镜系统。

关键词：梯度折射率，自聚焦，光耦合，准直

Abstract

This article main showing the impact analysis designs the self-focusing lens using the gradient refractive index to the light emission (GRIN lens), the self-focusing lens mainly apply in the optical fiber transmission system. The self-focusing lens lie in with the ordinary lens' difference, the self-focusing lens material can cause along the axial transmission light to have the refraction, and causes the refractive index the distribution to reduce gradually along the radial direction, thus realizes the exit ray by smooth and the continual gathering to a spot. Using this characteristic, G-lens in the optical fiber transmission system is the constitution collimation, the coupling, imaging system's main part. But its structure is simple, the volume small characteristic is suitable in the small optics equipment, for example looking glass system.

Keywords:Gradient index, GRIN lens, Light coupling,Collimation

绪论

自聚焦光纤体积小，重量轻，具有准直和聚焦作用，且耦合效率高。由双透镜组成的准直聚焦耦合系统中可以有较大间隙以插入滤波片、衰减片等来构成多种体积小、结构紧凑的无源器件，所以在光纤通信系统中得到越来越多的应用。由于这种GRIN光纤内部的折射率变化可以调节，当它用于复杂的光学系统时，可以减少系统中光学元件的数量,在某些场合可以代替非球面光学元件。此外这种光学元件的几何形状简单,容易进行光学加工,且使用这种光学元件的系统具有结构紧凑、性能稳定、成本低廉等优点。因此GRIN光纤透镜已经被越来越多地应用于光学系统，尤其是在光纤通信领域中。其中自聚焦光纤用于光纤之间的连接、隔离、定向耦合，波分复用、解复用器件以及光开关等显示出独特的优势。

Beamprop是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。此软件由美国RSOFT公司出品，1994年投入市场，被学院及产业公司的开发设计人员广泛使用。此软件使用先进的有限差分光束传播法(finite-difference beam propagation method)来模拟分析光学器件。用户界面友好，分析和设计光学器件轻松方便。其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数，如：数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。另一功能为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示域的特性以及用户感兴趣的各种数值特性。