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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 Ends

In diesem Reiter können Sie berechnen, wie Licht an einem Faserende reflektiert wird, welches schräg geschnitten sein kann. Dies ist nicht ganz einfach zu berechnen, da es bei Multimode-Fasern zur Kopplung zwischen verschiedenen Moden kommen kann.

Diese Funktionalität bietet nur die PRO-Person von RP Fiber Calculator.

Eingabeparameter

Die folgenden Eingaben werden benötigt:

• Wählen Sie die Faser aus. (Ihre Daten werden im Reiter “Index profile” definiert.)
• Legen Sie die Wellenlänge (in Nanometern) fest.
• Geben Sie den Winkel des Faserendes ein, d. h. die Winkelabweichung von einem senkrecht geschnittenen Ende.
• Sie können (müssen aber nicht) spezifische Moden der Eingangs- und Ausgangsfaser über ihre <$l$>- und <$m$>-Werte auswählen.

Die berechneten Resultate hängen davon ab, ob sie spezifische Moden gewählt haben:

• Wenn Sie eine bestimmte Mode für einfallendes und reflektiertes Licht festlegen, erhalten Sie die Kopplungseffizienz nur für dieses Paar von Moden. Zusätzlich wird die gesamte in andere geführte Moden gekoppelte Leistung angezeigt.
• Wenn Sie nur eine Mode für das einfallende Licht festlegen, erhalten Sie die von dieser Mode in alle Moden reflektierten Leistungen sowie die gesamte Reflexion in geführte Moden.
• Wenn Sie nur die Mode der reflektierten Lichts festlegen, erhalten Sie die Kopplung aller Moden an diese Mode.
• Wenn Sie gar keine Moden festlegen, erhalten Sie für jede Mode des einfallenden Lichts die gesamte Leistung, die in geführte Moden gekoppelt wird. Ebenfalls wird die durchschnittliche Reflektivität angezeigt. Diese ergibt die effektive Reflektivität, falls alle Moden im einfallenden Licht 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 des einfallenden oder reflektierten Lichts 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 Reflektivität?

Sie möchten vielleicht erfahren, wie viel Leistung insgesamt reflektiert werden kann. Falls die Faser 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 Reflektivität als die durchschnittliche Reflektivität für die Moden angenähert werden. Diesen Wert finden Sie unterhalb der Tabelle der gekoppelten Leistungen, wenn Sie keine spezifischen Moden eingeben.

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.

Übrigens wird der Einfluss der Strahldivergenz und Polarisation auf die Fresnel-Reflexion in den Berechnungen vernachlässigt. Solche Effekte sind in der Regel ziemlich schwach, außer für große Winkelabweichungen des Faserendes, wo die Reflexion ohnehin sehr schwach wird.