基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计

摘要

本文目的:设计一个自聚焦棒,观察其仿真结果,并对耦合效率进行仿真,得到相应的结果。

首先是新创建一个设计文件。在本次仿真中做了如下设置。如图1所示。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图1

图1 创建新设计

在这一步中,设置光波长为1.55um,外界折射率为1.6。波导宽度为100。接着绘制波导模拟自聚焦棒。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图2

图2 自聚焦棒模拟图

界面中的红色部分即是在软件中模拟的自聚焦棒,即绘制一段波导来模拟。对于自聚焦棒而言,折射率满足类抛物线的规律,即从两边向中间逐渐增大。在Beamprop中可以设置其折射率模式Profile Type为Gaussian。满足自聚焦棒的折射率变化规律。设置方法如下所示。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图3

图3 波导折射率设置

右键点击界面中的波导即可出现如图2的属性界面。将左起第二项Profile Type在下拉菜单中改为Gaussian。接下来的步骤是设置监控电源,在EDIT PATHWAY中设置,如图4所示。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图4

图4 监控电源设置

接下来就可以进行自聚焦棒的仿真,运行Perform Simulation,选择不同的演示模式(Display Mode)可以观测到自聚焦棒在光信息传播中的状态


基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图5

图5 波导折射率状态

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图6

图6 光在波导中传播路径仿真

图5仿真是的波导中折射率的分布图,为高斯函数的3D模拟图形。图3.7显示的是自聚焦棒中的光线传播路径,可以看到光线由平行入射到最后聚于一点,符合自聚焦棒的特性。

在介质中另模拟一段折射率均匀的波导,用于跟自聚焦棒进行耦合。波导位置图形如图7所示。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图7

图7 波导间耦合

图中1为接收波导,2为发射波导。第一种情况中设置2为自聚焦透镜。

当透镜棒长度为L/4时,那么入射光为平行光时,出射光会聚,此时入射到下一级的光能量损失最小,达到耦合最佳状态。如图8所示,通过几次试验,找到自聚焦棒L/4长度,此时实现出射光聚焦,而后直接连接光纤。

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图8

图8  光耦合2D仿真示意图

                         

基于Rsoft的Beamprop模块进行光电子自聚焦透镜设计的图9

                              图9 光耦合3D仿真

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