簡(jiǎn)介：本文討論了如何使用FRED對(duì)球透鏡封裝的半導(dǎo)體激光二極管耦合到單模光纖進(jìn)行準(zhǔn)確的建模，這是在光纖通信領(lǐng)域很常見(jiàn)的一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。該模型演示了FRED傳播相干光場(chǎng)的能力、它的精確激光二極管束(Laser Diode Beam)光源模型以及準(zhǔn)確的計(jì)算光纖耦合效率。 aj"M>zd*} #_|sgS?1 模型 GV^ i`r^"
d~?X/sJ t 在FRED模型中使用的半導(dǎo)體激光二極管是Mitsubishi(三菱) ML725C8F，這是一個(gè)InGaAsP / InP多量子阱(MQW)激光器，工作波長(zhǎng)是1310nm。Mitsubishi光源說(shuō)明書(shū)定義了輸出光束的在x和y方向的發(fā)散角分別是25和30度（遠(yuǎn)場(chǎng)功率分布的全1/e寬度)。沒(méi)有提及在x和y焦點(diǎn)位置的任何偏移，所以我們假定它們和光源處的分布是一致的。 Pf $pt Mze;k3 我們?cè)贔RED中使用激光二極管束光源類(lèi)型對(duì)激光二極管光源建模，以及設(shè)置光源產(chǎn)生相干輸出。 `$~Rxz Z g <d<mvXbw_@ 圖1. 激光二極管光源編輯
Z1h ] 注意到在激光二極管光束光源的設(shè)置里面，發(fā)散角由功率的1/e2標(biāo)準(zhǔn)定義。這就要求制造商提供的發(fā)散角要乘以一個(gè)開(kāi)方因子。 hx f'5uc u1~9{"P* 圖2. 球透鏡封裝的激光二極管耦合到光纖系統(tǒng)原理圖（側(cè)視圖）
Zo} y(N1K} 直徑為1.5mm的球透鏡是Mitsubishi激光二極管集成的一部分，它的位置在距離激光二極管發(fā)射表面1.88mm處。 [J
C: 7 8Aa|AJU 在FRED中使用球形元件基元，就可以創(chuàng)建該透鏡。為方便起見(jiàn)，全局坐標(biāo)原點(diǎn)選在球透鏡的輸出表面與光軸的交點(diǎn)處。 >^ OC{~Az LT~YFS 圖3. 全局坐標(biāo)原點(diǎn)的定義
xESjM1 A) 值得注意的是，我們使用了FRED的N-BK7模型來(lái)定義球透鏡的材料，在1310nm波長(zhǎng)處折射率大小是1.5036。 )$&dg2[ xEltwuDd? 模型中使用的單模光纖(SMF)位于距離全局坐標(biāo)原點(diǎn)1.9mm處，它的結(jié)構(gòu)(由下圖定義)基于單模光纖的典型值。光纖纖心的半徑是5μm，且由直徑為125μm包層包裹著。纖心和包層的折射率大小分別是1.465和1.47，它們之間的折射率差為0.36%。 e|rg;`AW
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sjM;s{ gy 圖4. 單模光纖示意圖
"iM~Hy 模型中還包含了一個(gè)吸收涂敷層，或者是夾層，覆蓋在光纖表面。 VN 'Wq 7>6 ~=wC wA|1 在FRED中定義的光纖是一個(gè)組件，它包含了多個(gè)元件基元：一個(gè)圓柱體用于纖芯、光管用于包層和涂敷層。 *1'`"D~ o%4G d~ 
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8LI-gp\ 2 注意到“Fiber Cladding”管道的內(nèi)壁恰好與“Fiber Core”圓柱體的外壁是重合的。為了正確的建模，用戶(hù)需要手動(dòng)的設(shè)置包層管道的內(nèi)壁為不可追跡(Never Traceable)。不這樣做的話將會(huì)導(dǎo)致光線追跡錯(cuò)誤，因?yàn)閮蓚�(gè)表面放置在空間里完全一樣的位置，而且它們具有兩個(gè)不同的材料設(shè)置。對(duì)于“Fiber Coating”的內(nèi)壁需要同樣的設(shè)置。 :qvI%1cP= `T2$ 4
