武汉理工大学光电子技术课程设计说明书课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 题题 目目: : 单模光纤的基模计算单模光纤的基模计算初始条件：初始条件：计算机、Beamprop 软件(或 Fullwave 软件)要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 1、课程设计工作量：2 周2、技术要求：（1）学习 Beamprop 软件(或 Fullwave 软件)。（2）单模光纤的基模计算。（3）单模光纤的基模计算进行 Beamprop 软件仿真工作。3、查阅至少 5 篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。全文用 A4 纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：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 单模光纤的基模计算进行设计仿真，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：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日武汉理工大学光电子技术课程设计说明书目目 录录摘 要.IAbstract.II1 绪论.12 Beamprop 介绍.23 单模光纤的简介.33.1 单模光纤的定义.33.2 光纤结构与单模条件.34 仿真步骤.54.1 模拟环境参数基本设置.54.2 光纤单模的基模计算分析.84.3 基模的仿真.85 心得体会.11参考文献.12武汉理工大学光电子技术课程设计说明书摘摘 要要单模光纤(Single Mode Fiber)：中心玻璃芯很细(芯径一般为 9 或 10m)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。后来又发现在 1.31m 波长处，单模光纤的材料色散和波导色散一为正、一为负，大小也正好相等。这样，1.31m 波长区就成了光纤通信的一个很理想的工作窗口，也是现在实用光纤通信系统的主要工作波段。1.31m常规单模光纤的主要参数是由国际电信联盟 ITUT 在 G652 建议中确定的，因此这种光纤又称 G652 光纤。 关键字关键字：单模光纤 色散 工作波段武汉理工大学光电子技术课程设计说明书IAbstractSingle-mode fiber (Single Mode Fiber): very fine center glass core (core diameter is usually 9 or 10m), can only transfer a pattern of light. Mode dispersion is small, suitable for remote communication, but also the existence of material dispersion and waveguide dispersion, so that single-mode fiber have high requirements on the light source spectral width and stability of the spectral width is narrower, stability better. Later it was found in the 1.31m wavelength, single mode fiber material dispersion and waveguide dispersion is positive, one negative, the size exactly equal. 1.31m wavelength area has become a very good window of optical fiber communication, but also practical optical fiber communication systems working band. 1.31m the main parameters of the conventional single-mode fiber by the International Telecommunication Union ITU-T G652 recommendations to determine, so this fiber is also known as G652 fiber.Keywords: single-mode fiber dispersion in the working band武汉理工大学光电子技术课程设计说明书01 绪论绪论光纤是一种介质波导，在光纤内传输的导波有各种不同模式。对于一定波长的光，它在光纤内传输时包含哪些模式，取决于光纤的内部结构(n1、n2、a和 b 的数值)。在光纤传输理论中，通常以归一化频率 V 来表征光纤的特性，理论分析表明，各模式在 V 逐渐变小达到某数值时将会截止，即 V 小于某一数值以后，该种模式将不能在光纤中传输，弱波导纤维各低阶模式的截止归一化频率如下：LP01模 Vc=0LP11模 Vc=2.405LP21模 Vc=3.832LP02模 Vc=3.832从以上数据可以看出，LP01模的截止频率等于 0，即不论 V 等于什么数值，它都可以在光纤内传输，所以称为基模，在 Vc 时，只有基模传输,各高阶模都被截止。武汉理工大学光电子技术课程设计说明书12 Beamprop 介绍介绍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。这里介绍几个方面的内容: 路径(Pathway)、监视器(monitor)、输入场(launch field)、仿真(simulation) 。在左边工具条上可以找到相应的按钮。Pathway 是设计者需要观察光波传输情况的一条路径,Pathway 的定义不改变波导的结构。通常一条路径应该包括广场输入部分的波导,你希望对光场进行观察的位置的波形,可以定义多条路径,软件自动编号。监视器(monitor)与 Pathway 相联系,观察指定 Pathway 中(或输出端)的光场，就相当于实验中的示波器，可以定义多个 monitor,软件自动编号，输入场(launch field)是仿真时必不可少的,是计算的初始条件。武汉理工大学光电子技术课程设计说明书23 单模光纤的简介单模光纤的简介3.1 单模光纤的定义单模光纤的定义根据光纤中的传输模式数量分类，光纤又可分为多模光纤和单模光纤。在一定的工作波长下，多模光纤是能传输许多模式的介质波导，而单模光纤只传输基模。单模光纤中只有基模在进行传输，因此粗略地讲，模场直径就是在单模光纤的接收端面上基模光斑的直径，也可以极其粗略地认为模场直径 d 和单模光纤的纤芯直径相近。当光纤的归一化频率 V 小于其归一化截止频率 Vc 时，才能实现单模传输，即在光纤中仅有基模在传输，其余的高次模全部截止。 就是说，除了光纤的参量如纤芯半径，数值孔径必须满足一定条件外，要实现单模传输还必须使光波波长大于某个数值，即 c，这个数值就叫做单模光纤的截止波长。 因此，截止波长 c 的含义是，能使光纤实现单模传输的最小工作光