使用Rsoft對FBG光纖光柵地光譜仿真

1、實用標準文案課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 陳湘寶 專業(yè)班級：電子科學(xué)與技術(shù)0901班指導(dǎo)教師： 葛 華工作單位：信息工程學(xué)院題 目： Bragg光纖光柵的光譜仿真初始條件：計算機、beamprop軟件要求完成的主要任務(wù)：1、課程設(shè)計工作量：2周2、技術(shù)要求：(1)學(xué)習(xí)beamprop軟件。(2)設(shè)計Bragg光纖光柵的光譜仿真(3)對Bragg光纖光柵進行beamprop軟件仿真工作。3、查閱至少5篇參考文獻。按武漢理工大學(xué)課程設(shè)計工作規(guī)范要求撰寫設(shè)計報告書 全文用A4紙打印，圖紙應(yīng)符合繪圖規(guī)范。時間安排：2012.6.25做課設(shè)具體實施安排和課設(shè)報告格式要求說明。2012.6.25-6.28學(xué)習(xí)

2、beamprop軟件，查閱相關(guān)資料，復(fù)習(xí)所設(shè)計內(nèi)容的基本理論知識。2012.6.29-7.5對Bragg光纖光柵進行設(shè)計仿真工作，完成課設(shè)報告的撰寫。2012.7.6提交課程設(shè)計報告，進行答辯。指導(dǎo)教師簽名：年月日系主任(或責任教師)簽名：年月日目 錄摘 要LAbstractII1光纖光柵簡介12 BeamPROP軟件介紹2.3光纖光柵的繪制與設(shè)置 3.3.1 光纖光柵波導(dǎo)的全局設(shè)置 3.3.2 光纖光柵的繪制4.3.3 光路的設(shè)置7.4光纖光柵的仿真8.4.1 光柵XZ切面圖8.4.2 波形仿真9.4.3 參數(shù)掃描.105心得體會1.36參考文獻1.4.精彩文檔摘要光纖光柵是利用光纖材料的光

3、敏性，通過紫外光曝光的方法將入射光相干場圖樣寫入 纖芯，在纖芯內(nèi)產(chǎn)生沿纖芯軸向的折射率周期性變化，從而形成永久性空間的相位光柵， 其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾波器或反射鏡。本文介紹的是通過BeamPROP軟件進行光纖光柵的光譜仿真，以及討論了不同參量對 光譜圖的影響。本文包含了光纖光柵的基本原理、 BeamPROP軟件介紹、以及進行光譜仿 真的具體步驟。關(guān)鍵詞：光纖光柵；BeamPROP;光譜仿真AbstractOptical fiber Bragg grating is using fibre material photosensitive sex, through the met

4、hod of uv exposure will incident light to a coherent pattern fiber core, in fiber core along the fiber axis within the core to the refractive index cyclical change, so as to form the permanent space phase grating, and its function is essentially in fiber core is formed in a narrow band filter or mir

5、rors.This paper introduce is through the BeamPROP software in the spectrum of fiber grating simulation, and discussed the different parameter of the influence of the spectra. This article contains fiber grating, the basic principle of software is introduced, and BeamPROP spectral simulation of the s

6、pecific steps.Keywords: fiber grating; BeamPROP; spectrum simulation1光纖光柵簡介布拉格光纖光柵(Fiber Bragg Grating)簡稱為FBG。在纖芯內(nèi)形成的空間相位周期性 分布的光柵，具作用的實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨特的光纖器件。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損 耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列 優(yōu)異性能。目前應(yīng)用主要集中在光纖通信領(lǐng)域和光纖傳感器領(lǐng)域。由于光纖本身的低損耗、抗電磁干擾，它在遠距離通信中的

7、到了廣泛應(yīng)用，并隨之在 通信、傳感等領(lǐng)域得到重視和應(yīng)用。經(jīng)過近二三十年的研究與實踐，光纖光柵迅速了很大 發(fā)展，種類也迅速增加，出現(xiàn)了各種非均勻光纖光柵，1996年又出現(xiàn)了長周期光纖光柵。在實際需要的推動下，光纖光柵家族不斷得到完善和豐富，也在通信和傳感領(lǐng)域起到了無 法替代的作用。具光譜圖如圖1.1所示。圖1.1光纖光柵光譜一 nro) J0MOCL右-在2 BeamPROP軟件介紹RSoft是一個高度集成了計算機輔助設(shè)計和模擬仿真的專業(yè)軟件，專用于設(shè)計集成光 學(xué)波導(dǎo)元件和光路。此軟件由美國 RSOFT公司出品，其主程序為一套完善的用于設(shè)計光 波導(dǎo)元件和光路CAD設(shè)計系統(tǒng)，且可控制相關(guān)的模擬參數(shù)

8、。RSoft是一款非常實用的光波導(dǎo)仿真軟件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法,使得它能夠適用于各種不同要求場合。BPM計算方法也有多種形式，其中有限差分波束傳 播法（FD-BPM）得到了最廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)D-BPM可以實現(xiàn)很準確的設(shè)計計算，同時可以 允許較大的計算步進。我們使用的軟件主要基于這種方法。其操作頁面如圖2.1所示。圖2.1 RSoft的操作界面3光纖光柵的繪制與設(shè)置3.1 光纖光柵波導(dǎo)的全局設(shè)置首先，打開BeamPROP CAD-Layout程序，開始這次的波導(dǎo)的總體設(shè)置。在菜單中選 擇“New Circuit,在BPM Options 一項選擇3D的波導(dǎo)，其中波導(dǎo)類型選

9、擇 Fiber,然后依 次修改其中的“Free Space Wavelength background Inde搟參數(shù)，參數(shù)設(shè)置如圖3.1所示。圖3.1光纖光柵的全局設(shè)置定義完全局后，開始定義變量。點擊 “Edit Symbol啾鈕進行變量定義。其中我定義了Period、Lin、Lout、M、delta_grating等 4個變量。如圖 3.2所示.Naine:Expression:Current Value:Sid0LinloutMPeriodalphabackground_indeKbd_bpiiLbd.tolhounidary_maMboundary_iiL indeltadelting

10、fr ee_space_wavelengt hrrYi HTi=4*Periods5 4 _u “ 4 0 0 11maxAccept SymbolReject SymbolNew SymbolDelete SymbolOKCancel圖3.2變量定義表3.2 光纖光柵的繪制光纖光柵一共分3層。第一層的參數(shù)設(shè)置如圖3.3所示。Strucliure Type.Rfciilt Type:Defalt Position T apef： NeneSabols.OKDefaL*Index Tape NoneLayerj.CancelComtne ModeDefaUt Width T ape Height

11、 Tape Y Pk T aper: None Width Measure:Segi Orientation:Tapers.AfcOata .De 后，r： None zAxis f；|Norw Proffes.More.i i_h f _ J _ I f.J r1J 1 nrrnuMatetial PiopeitiBs:| Locally DefanPiopeitiiK：| Locally Delirr. .： _JIndteic Difference: Inde (imag 口醵. Waveguicfe Width: Waveguide Height| deltaIndex Drffera

12、ice:Inde* (imag p&U W aveguide Width:Wavegui 而 H 自小itdata| alphapMdlh| 而dUiIheiglitheigh 1:Y Position:0Y Position:0X:z：X:z：10|0|0PReference Type- Nore廣 OffsetAngleParameter Value:Reference Tje: $ iNoneC ONset 廣 Angle Parameter VaLie:Referenra Tje N on e Offset AngleParameter Value:Reference Tjae: ,r

13、-, Nome 齒 Dflset Angle Parameter VaLe:Reference ToiConiHieint |o-Reference To:CompnnenL -|oReference To:|LinReference To:ComponanL |iComponenL pi-VerierVerlflKVerteK. o-Vertex o-圖3.3第1層的參數(shù)設(shè)置實用標準文案Starting VertexMaferiai Properties1 ndex Diference: |delta_grahing1 ndex mnag part): alpha Wjveguidt Wid

14、th |width_gr4irigWavejide HeiflH： |heigMY Position:10X:Z|0Reference Type: 廣 None OffsetAngleParwietei VAe:Reference TypeNene Offset. AngleParameter Valye；oReference To: Component: |i- Vertex:|oReference T o:Component JVertai； Ending vertex:Material PlopaliescLocally Del tried jJIndew Difierence:| de

15、ltaIndex (inag part):alphaWavegiAde Width：vvidthWaweguide Height| height丫 Position:|oXZiI-仁Refaence Type:Reference Type:戶 NoneNoraa OffsetOffset AngleAngleParwnetw Value;Panwler Value|o|MHPeiiodReference T o:Reference To:Component: |2Component: |2Vertaii口Vertex |o圖3.4第2層的參數(shù)設(shè)置Properties for Segment i

16、3Sbucture Type:Default二Position T apes:NoneTProfile Type:DefaultdIndewTapef：NoneTCombine Mode:DefaultWicfth T apet:NoneWidth Measure:Default*Height Tapet:NoneSeg Orientation:z AxisY Pos T a pecNoneSymbols.OKLayers.CancelTapers.Arc DataProfiles.More.StartirgyerteKEndmg VertexMaterial Properties:1 Loc

17、ally DefinedMaterial Pioperties:I Locally Defined 一Jndsc Difference:Indac fimag part):|de*a；alphaIndex DiWerence:Index (imag part):1.delta afcihaWaveguide WidthcwidtihWaveguide Widttr,widthWaveguide HeightY Position:Xhaght 0z：Waveguide Height:Y PositionX:height 0zReference Tjpe: None 才 OffsetAnglePa

18、rameter Value:位Reference Type None* Offsetr AngleFaiametei Value|0Fiefsence Typer None* Offset AngleParameter Value|24Reference Tipe:None* OffsetAneParameter VaSue:(oReferaice To:Component:Vertex h相Reference T o:Coiriponent: |2Vertex:yoReference To:Component j3Vertex:ijLoutReference TocComparent:Ver

19、tex:。Structure Type:Rofile Type:Combine Mode:Width Measure:Default 二Position Taper:|Mone .Symbols.QK |Default 工lndexTaper:|(jseri CancelDefault 二Witih TaperUserl 二TapBrs.Arc DMa.RfifAljIt -Heittit Tapei.iNnne-Seg Orientation:z ,-xis 二)V Pus Taper: | Hone二|Piofiles.More.光柵的第2、3層的參數(shù)設(shè)置如圖3.4、圖3.5所示。光柵的繪

20、制過程中，我通過鼠標的點擊與拖動畫出三層光柵，通過對每個光柵的位置的設(shè)定可以實現(xiàn)第二層的首端與第一層的末端連接，第三層的首端與第二層的末端連接。第二層的Useri的設(shè)定如圖3.6所示。圖3.6 Useri的定義為了以示區(qū)別，我把中間的一層光柵的顏色設(shè)置為yellow。然后通過右鍵點擊光柵層對每層分別進行設(shè)置，最后生成的光柵圖形如圖3.7所示。圖3.7光纖光柵的波導(dǎo)3.3 光路的設(shè)置把光纖光柵繪制好后，就需要定義光路了。點擊左側(cè)工具欄中的“Edit Pathway敢錦,然后點擊“NeW將三層光波導(dǎo)涂成綠色。如圖3.8所示。h星圖5J精彩文檔圖3.8定義光的路徑然后點擊“Monitors打外監(jiān)測器

21、對話框，連續(xù)點擊兩次“Ne%讓第一個保持默認狀態(tài),第二個監(jiān)測器，將 “Monitor Components“Major Backward：如圖 3.9所示。圖3.9監(jiān)視器1和監(jiān)視器2的定義4光纖光柵的仿真4.1光柵XZ切面圖點擊 “Compute Index Profile鈕：將 “Display Mode擇為 ContourMapXZ） ”，將 “Z Compute Step和“Slice StepS置為0.25,如圖4.1所示。觀察的切面圖如圖4.2所示。iX. k;SiBulation Paramctera - Conpute Index Profile圖 4.1 Compute Ind

22、ex Profile 的設(shè)定gSt 工；iqu UPContour Map of index Profile at x=o-8-6-202468（出霜）圖4.2光柵XZ切面圖4.2波形仿真為了進一步觀察光在波導(dǎo)中傳輸時的分布情況。點擊“Peform Simulation圖標打開仿真對話框。仿真對話框的參數(shù)設(shè)置如圖4.3所示。點擊“Bidirectional按鈕以及修改“Toleranc的“5e-005。仿真結(jié)果，如圖4.4所示。ParasettrsDomain MineDomain Max： Ccwnputt Step. Slice Step: Monixx Step：CurentDefaul

23、t UseCurrent0而uteUseCurentVaIusVlue De#sValueVakieDefsValufiDefault UseValue Deffi|o12424025R25萬“廠廠方Launch Display Mode;口即雄 Fie Prefix:Estimated Iime:U045 minSymbck.! ContourMap1Save SettingsAdvanced.Display. jOutpit. j0KBidirectional.Cancel圖4.4仿真結(jié)果的波形圖4.3仿真對話框的參數(shù)設(shè)置4.3參數(shù)掃描點擊“Peform Parameter Sc敲鈕彈出對

24、話框，設(shè)置如圖4.5所示。設(shè)定好參數(shù)之后,得到正確的仿真結(jié)果如圖4.6所示。 Scan TsciableVariable Name:Starting Value:Eriding Value;I ncremehkScan OulpUl Piefe:Meta Output Pisfe: Pne-Proc&ss Cmd.Post-Pioeess CmdRun Option:INNER ITERATIONpT_spare_!wavetensJMode SetScript ModerMirwriEe Sim ufa IronRun ScrplKCancel圖4.5參數(shù)掃描對話框E回*-一a- - ,U9

25、.B7,6,543.2 1 .0so.o,o,o,o,o,0sInd-noouowY: 1.Q46Hfreesp ac ewave lengthX: 12951圖4.6仿真波形圖5仿真波形討論5.1 改變 Global Setings 的設(shè)置通過改變Global Setings中的自由空間波長和 Background Index的大小可以讓波形左右 移動。仿真波形隨著波長和折射率的變化而變化，如圖 5.1所示。1.0 中“冷 ”u lx tuu 虹 cu3iu ent 仃卬 cm uro ur era -10 nu ujuanFree Space Wavelength: 1.4Backgrou

26、nd Index:|1,35I ndex D ifference:|0.01Waveguide Width:|gWaveguide Height:fe,9,a7.6.54.3,2 o.o.c,0.o.().o.c.5d4no 占七e口苣hr Profile Type:iStep Index三0,1 -0.0 w1.3!3V管干 fc 1.51.6frEE soace wavelenathU 簞“工研及101lEiin支”陽電知 ”感助IH底li工及軟底Ifi工lEii工曜I/Iii工唯工n用Free Space Wavelength: 1.50.9 -QB -0.7 -Background I

27、ndex：|1.45Index Difference:|0.01號 0.6 -MoMtor - o o h 5H 1 1Waveguide Width:6Waveguide Height0.3口 2 Prohfe Type;Slep Index0.1 -0.0 ;Free Space Wavelength:Background Index:1Index Difference:001Waveguide Width:Waveguide HeightProfile Type:JefeStep Index 0I.圖5.1仿真波形隨波長和折射率的變化M、 Period 和 delta_gratingM、

28、 Period 和 delta_gratingM的變化，仿真波形隨M7 lq.43o.o.O.(.O.In.。bvuog1.51.6fra a_3pace_wave length。衛(wèi)-0.1 -0.0玉1.3L0簾野田而登照密柏演斑擲好陰短如的神口笛恥哥:口密耐用-01*，0.9 -0.8 -.6.543 第0.0,0.-sdlrbQ jo七 5W1.41.516什呂 日 ce_wav&lenglh1.7M=40,Period=0.5M=50,Period=0.5fr66M5pa&_wav6l8ngmfree_spacewavelenglh5.2改變變量M的設(shè)置Global Setings的設(shè)

29、置保持開始的設(shè)置不變，通過改變變量 的大小的設(shè)置可以讓波形的頂點上下移動。仿真波形隨著變量 的變化而變化。由于三種變量的討論大致相同，我們只討論了 的變化如圖5.2所示。M=60,Period=0.5M=70,Period=0.5圖5.2仿真波形隨M的變化6心得體會通過本次課程設(shè)計，我重新學(xué)習(xí)和弄清楚了光纖光柵的原理及其設(shè)計，并且初步學(xué)會 用BeamPROP進行仿真。課程設(shè)計也讓我學(xué)會了要充分的查找資料，利用身邊的資源 以及學(xué)會冷靜的面對課程設(shè)計中出現(xiàn)的問題，從而去有效地解決問題。在課程設(shè)計過程中，收獲知識，提高能力的同時，我也學(xué)到了很多人生的哲理，懂得 怎么樣去制定計劃，怎么樣去實現(xiàn)這個計劃，并掌握了在執(zhí)行過程中怎么樣去克服心理上 的不良情緒。同時我也明白對任何事情如果付出越多，那么你收獲也就越多。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義， 學(xué)會了堅持、耐心和努力。我明白了，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知 識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能提高自己的實際動手能力和獨立思考的能 力。更重要的是如何把自己平時所學(xué)的東西應(yīng)用到實際中。對這門課程的最大收獲