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用光纤激光器软件设计长周期光纤布拉格光栅(LPFG)诱导的基模至高阶模耦合 | RP Fiber Power 软件

长周期光纤布拉格光栅(LPFG)诱导的基模至高阶模耦合案例

1、光纤激光器设计系列软件

·RP Fiber Power:计算各种特性的光纤模型,光纤放大器、光纤激光器、ASE光源、动态模拟、超短脉冲。

·RP Resonator:谐振腔设计工具,适合设计各种类型的激光谐振腔。

·RP ProPulse:模拟锁模激光器、光学参量振荡器和光纤设备中传播的超短脉冲。

·RP Coating:设计各种光学多层结构功能强大的软件。

·RP Q-switch:用于主动或被动Q开关固体激光器的计算等。

·RP Fiber Calculator:计算具有径向对称折射率分布的光纤。


2、RP fiber power 脚本设计界面


3、主要应用场景

这种模式耦合的设计可用于:

  • 光纤模式转换器(将基模转换为高阶模,用于模式复用通信)
  • 光纤传感器(通过模式耦合的波长偏移检测温度、应变)
  • 光纤放大器的模式控制(抑制高阶模以提升光束质量)

聚焦光纤通信(模式复用)、光纤传感(温 / 应变 / 折射率检测)、激光技术(光束整形)三大核心领域,实用导向明确。


4、示例:长周期光纤布拉格光栅(LPFG)诱导的基模至高阶模耦合

一、仿真结果

长周期光纤布拉格光栅(LPFG)是一种周期较长(通常几十至几百微米)的光纤光栅,其作用是将光纤中的某一阶导模(如基模 LP₀₁)耦合到同向传输的高阶导模(如 LP₁₁、LP₂₁等)(或辐射模),而不是像短周期 FBG 那样实现反向耦合。

这个案例的核心是模拟:基模在 LPFG 作用下,能量转移至高阶模的过程。仿真结果含控制台关键参数(NA、模式 β、光栅周期等),及 4 幅图表,直观呈现光栅结构、光场演化、模式功率转移与输出场型。实现了以下功能:

  • 理论验证:验证了 LPFG 的相位匹配条件(光栅周期由两模式传播常数差决定)和模式耦合原理;
  • 参数分析:可通过修改dn_FBG(调制深度)、L_f(光栅长度)、lambda(波长)等参数,分析其对耦合效率的影响;
  • 工程指导:为实际 LPFG 器件的设计(如模式转换器、光纤传感器)提供定量仿真数据,减少实验成本。

二、基本步骤

  • 初始化与基础参数定义
  • 光纤折射率剖面与模式求解
  • 长周期光纤光栅结构
  • 光束传播方法参数配置
  • 模式函数功率计算
  • 图表绘制

输出结果展示>>

折射率剖面


器件内光场分布


输出端场型


模式功率演化