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RP Fiber Calculator – Dokumentation

Hier wird detailliert erklärt, wie die Software RP Fiber Calculator bedient wird.
Jeder der Menüpunkte behandelt jeweils einen der Reiter in der Software.

Fiber to Fiber

In diesem Reiter können Sie berechnen, wie effizient Licht von einer Faser in eine andere gekoppelt werden kann. (Diese Funktion bietet nur die PRO-Person von RP Fiber Calculator.) Es kann recht wichtig sein, solche Dinge numerisch zu untersuchen, da die Resultate von Wellenoptik recht überraschend sein können.

Eingabeparameter

Die folgenden Eingaben werden benötigt:

• Legen Sie die Wellenlänge (in Nanometern) fest.
• Wählen Sie die Fasern für Eingang und Ausgang. (Ihre Daten werden im Reiter “Index profile” definiert.)
• Bestimmen Sie die Bedingungen der Kopplung. Es kann eine laterale Verschiebung zwischen den Faserkernen geben und ebenfalls eine Winkelabweichung. Es wird angenommen, dass es keinen Luftspalt zwischen den Faserenden gibt; eine Winkelabweichung kann trotzdem resultieren, wenn die Faserenden nicht senkrecht geschnitten wurden.
• Sie können (müssen aber nicht) spezifische Moden der Eingangs- und Ausgangsfaser über ihre <$l$>- und <$m$>-Werte auswählen.

Ein Luftspalt zwischen den Fasernenden, der zusätzliche Reflexionsverluste verursachen würde, ist hier nicht vorgesehen.

Die berechneten Resultate hängen davon ab, ob sie spezifische Moden der Eingangs- und Ausgangsfaser gewählt haben:

• Wenn Sie eine bestimmte Mode für Eingangs- und Ausgangsfaser festlegen, erhalten Sie die Kopplungseffizienz nur für dieses Paar von Moden. Zusätzlich wir die gesamte in andere geführte Moden eingekoppelte Leistung angezeigt.
• Wenn Sie nur eine Mode für die Eingangsfaser festlegen, erhalten Sie die Kopplung dieser Mode zu allen Moden der Ausgangsfaser sowie die gesamte Transmission in geführte Moden.
• Wenn Sie nur die Mode der Ausgangsfaser festlegen, erhalten Sie die Kopplung aller Moden der Eingangsfaser an diese Mode.
• Wenn Sie gar keine Moden festlegen, erhalten Sie für jede Mode der Eingangsfaser die gesamte Leistung, die in geführte Moden der Ausgangsfaser gekoppelt wird. Ebenfalls wird die durchschnittliche Kopplungseffizienz angezeigt. Diese ergibt die effektive Kopplungseffizienz, falls alle Moden der Eingangsfaser dieselbe Leistung haben.

Orientierung der Modenprofile

Moden mit <$l ≠ 0$> können zwei unterschiedliche Orientierungen haben: eine mit einer <$\cos l \varphi$>-Abhängigkeit und eine mit einer <$\sin l \varphi$>-Abhängigkeit. Die letztere können Sie erhalten, indem Sie einen negativen <$l$>-Wert eingeben.

Die Software handhabt die Orientierungen wie folgt:

• Wenn Sie eine spezifische Mode der Eingangs- oder Ausgangsfaser festlegen, wird nur deren festgelegte Orientierung verwendet. Wenn beispielsweise Ihre Eingangs-Mode LP_{−1,1} ist, wird nur die <$\sin \varphi$>-Orientierung berücksichtigt.
• Wenn Sie beliebige Moden zulassen, werden alle Orientierungen berücksichtigt.

Was ist die gesamte Koppeleffizienz?

Sie möchten vielleicht erfahren, wie viel Leistung insgesamt von einer Faser in die andere gekoppelt werden kann. Falls die Eingangsfaser eine Multimode-Faser ist, hängt dies davon ab, wie die Leistung über deren Moden verteilt ist, da die Koppeleffizienz stark modenabhängig sein kann.

In manchen Fällen können Sie annehmen, dass die Leistung etwa gleich über die Moden verteilt ist. In diesem Fall kann die gesamte Kopppeleffizienz als die durchschnittliche Effizienz für die Moden angenähert werden. Diesen Wert finden Sie unterhalb der Tabelle der gekoppelten Leistungen, wenn Sie keine spezifischen Moden eingeben.

Überraschende Resultate

Machen Sie sich darauf gefasst, manchmal recht überraschende Resultate zu erhalten. Simulieren Sie beispielsweise den Fall zweier Multimode-Stufenindex-Fasern, wobei die Ausgangsfaser einen größeren Kern und/oder eine höhere numerische Apertur hat. Sie mögen überrascht sein, signifikante Koppelverluste zu finden, die eine relativ komplizierte Wellenlängenabhängigkeit aufweisen. Unser Tutorial zur Faseroptik diskutiert in Kapitel 6 so einen Fall.

Geschwindigkeit und Genauigkeit

Für Fasern mit nur wenigen geführten Moden sind die Berechnungen recht schnell; meist brauchen sie nur wenige Sekunden. Wenn es dutzende oder gar hunderte von Moden gibt, kann die Berechnung jedoch einige Zeit erfordern. Beachten Sie, dass die Software dann eine sehr große Zahl von Moden-Paaren berechnen muss.

Wie bei numerischen Berechnungen üblich ist ein Kompromiss zwischen hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit gefordert. Deswegen können Sie beispielsweise 99,9 % Kopplungseffizienz angezeigt bekommen, wenn es theoretisch eigentlich 100 % sein müssten.