fiber
.pdf
Таблица 1.7
Исходная таблица данных редактора Non-Sequential Components.
|
Object Type |
Z Position |
Tilt About X |
Material |
Front R |
Back R |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Null Object |
0 |
0 |
|
|
|
2 |
Cylinder Volume |
0.2 |
0 |
F_SILICA |
0.5 |
0.5 |
3 |
Cylinder Volume |
13 |
10 |
|
0.5 |
0.5 |
4 |
Null Object |
0 |
0 |
|
|
|
Построим те же графики и диаграммы что и для модели с зазором между волокнами и проанализируем систему.
Рис. 1.18 Твердотельная объемная модель с тенями.
Рис. 1.19 Стандартная диаграмма пятна рассеяния для трех позиций полей на входе второго волокна.
Рис. 1.20 Точечная диаграмма пятна рассеяния по всем полям на входе второго волокна.
Рис. 1.21 Модуляционная передаточная функция.
Рис. 1.22 Геометрическое распределение энергии.
Итог. На базе программного комплекса Zemax были смоделированы различные типы соединений волокон. Изначально были созданы таблицы поверхностей и непоследовательных объектов, введены характеристики системы. Далее была построена сама система и рассмотрены основные характеристики, наиболее полно представляющие работу схемы, такие как трехмерное сечение системы, точечные диаграммы, геометрическое распределение энергии. В процессе моделирования соединений параметры системы неоднократно изменялись для выполнения задания в полном объеме.
1.2 Построение модели разветвителя Лабораторная работа №3: «Построение модели Т-разветвителя» (пример выполнения).
Задание: Построить в программе Zemax модель разветвителя с помощью различных поверхностей и посмотреть основные характеристики.
Исходные данные: Входная апертура 0,2; Длина волны 0.5 мкм; Толщина и диаметр каждой поверхности произвольные.
Построение системы: Открываем программу. В окне редактора LDE находится таблица с тремя строчками. Это поверхности: OBJ - поверхность объекта, STO - поверхность апертурной диафрагмы системы, IMA - поверхность плоскости изображения,
обозначенная. Наша модель состоит из 5 поверхностей. Дополнительные поверхности необходимо ввести клавишей Insert. Параметры каждой поверхности заносятся в таблицу редактора LDE.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.8 |
||
|
|
|
Исходная таблица данных редактора LDE. |
|
|
|
|||
|
Surf: Type |
Radius |
Thickness |
Semi-Diameter |
Par 1 |
Par 3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OBJ |
|
Standard |
Infinity |
1.00000 |
0 |
|
|
|
|
STO |
|
Paraxial |
|
2.00000 |
1.00000 |
1.00000 |
|
|
|
2 |
|
NonSecComp |
Infinity |
- |
10.00000 |
|
27.00000 |
|
|
3 |
|
Standard |
Infinity |
1.00000 |
1.00000 |
|
|
|
|
IMA |
|
Standard |
Infinity |
|
0 |
|
|
|
|
*Так как место ограничено, то показаны только столбцы, в которых вводятся основные параметры.
Типы поверхностей, используемые в данной системе:
∙TYPE STANDARD
Standard поверхность может быть плоской, сферической или иной квадратичной поверхностью, которая представляет собой однородный материал (такой как воздух, стекло или зеркало). Единственными параметрами, которые требуются, являются радиус (RADI), толщина (DISZ) и название стекла (GLAS).
∙TYPE PARAXIAL
Paraxial поверхность представляет собой идеально тонкую линзу. Параксиальная поверхность используется для анализа и оптимизации систем, которые на выходе имеют сфокусированный пучок. Форма параксиальной поверхности – плоскость. Первый параметр обозначает фокальное расстояние линзы.
Во третьей строке тип поверхности определили как Non-Sequential Components (непоследовательные элементы). Для определения параметров этих элементов необходимо в главном окне программы последовательно нажать Editors, Non-Sequential Components. Откроется окно с таблицей для ввода поверхностей непоследовательных элементов, а также их параметров. В этом окне находится одна строчка с Null Object (Нулевой объект). Для добавления других объектов необходимо так же, как и в редакторе LDE, нажать кнопку Insert. Тип объекта выбирается двойным нажатием левой кнопкой мыши в столбце Object Type. При этом открывается окно, в котором на вкладке Type в строке Object Type необходимо выбрать соответствующий тип объекта.
Таблица 1.9
Исходная таблица данных редактора Non-Sequential Components.
|
Object Type |
Y |
Z |
Titl |
Material |
Front |
Z |
Back |
|
|
Position |
Position |
About |
|
R |
Length |
R |
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
1 |
Null Object |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
2 |
Cylinder Volume |
0 |
0.2 |
0 |
F_SILICA |
0.3 |
10 |
0.3 |
2 |
Cylinder Volume |
-1 |
12.5 |
90 |
F_SILICA |
0.3 |
10 |
0.3 |
4 |
Cylinder Volume |
0 |
16 |
0 |
F_SILICA |
0.3 |
10 |
0.3 |
5 |
Rectangular |
- 0.7 |
13 |
-45 |
MIRROR |
1 |
1 |
1 |
|
Volume |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
Null Object |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
*Так как место ограничено, то показаны только столбцы, в которых вводятся основные параметры.
Теперь установим требуемую длину волны 0,5 мм и входную апертуру 0,2.
После того, как спроектировали систему, посмотрим, как она выглядит. Чтобы увидеть трехмерное сечение нашей оптической системы, выбираем из главного меню последовательно Analysis, Layout (схема), 3D Layout (трехмерная схема). (рис. 1.23)
Рис. 1.23 Трехмерное изображение схемы.
Посмотрим также объемную модель. Для этого последовательно выберем Analysis\Layout\Shaded Model (анализ \ схема \ модель с тенями). Получим картину, изображенную на рисунке 1.24.
Рис. 1.24 Твердотельная объемная модель с тенями.
Проведем анализ системы. Построим диаграмму пятна рассеяния светового пучка до и после разветвителя. Для этого выберем Analysis\Spot Diagramm\ Standard. (рис. 1.25, 1.26)
Рис. 1.25 Диаграмма пятна рассеяния до разветвителя.
Рис. 1.26 Диаграмма пятна рассеяния после разветвителя.
Эта диаграмма качественно иллюстрирует распределение световой энергии. По ней видно, что распределение энергии равномерное и после разветвителя в волокно попадает только часть энергии, другая часть поступает в другое волокно.
Посмотрим геометрическое распределение концентрации энергии. Для этого выберем Analysis\Encircled Energy\Geometric (рис. 1.27)
Рис. 1.27 Геометрическое распределение энергии.
Итог. На базе программного комплекса Zemax спроектирована модель Т-разветвителя и рассмотрены графики распределения энергии до и после разветвителя. Изначально была создана таблица поверхностей, введены характеристики системы. Далее была построена сама система, отражающая принцип работы разветвителя.
1.3 Построение моделей других элементов, используемых в оптоволоконных системах связи.
Лабораторная работа №4: «Построение дифракционной решетки» (пример выполнения).
Задание: Спроектировать дифракционную решетку.
Выполнение работы. Исходные данные: Входная апертура 50; Длины волн 0.5 мкм, 0.6 мкм, 0.7 мкм; Приоритетная длина волны 0.6 мкм; Диаметр каждой поверхности возьмем равным 25мм; Толщина каждой поверхности произвольная.
Построение системы: Открываем программу. В окне редактора LDE находится таблица с тремя строчками. Это поверхности: OBJ - поверхность объекта, STO - поверхность
апертурной диафрагмы системы, IMA - поверхность плоскости изображения, обозначенная. Наша система состоит более чем из 3 поверхностей. Дополнительные поверхности необходимо ввести клавишей Insert. Параметры каждой поверхности заносятся в таблицу редактора LDE.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.10 |
|
|
|
|
Исходная таблица данных редактора LDE. |
|
|
||||
|
Surf: Type |
Radius |
Thickness |
Semi- |
|
Par 11 |
Par 21 |
Par 31 |
|
|
|
|
|
|
Diameter |
|
|
|
|
OBJ |
|
Standard |
Infinity |
Infinity |
|
0 |
|
|
|
STO |
|
Standard |
Infinity |
10 |
|
25 |
|
|
|
2 |
|
Coord Break |
|
0 |
|
0 |
0 |
0 |
10 |
3 |
|
Diff. Grat. |
Infinity |
0 |
|
25 |
0.2 |
1 |
|
4 |
|
Coord Break |
|
10 |
|
0 |
0 |
0 |
-10 |
5 |
|
Paraxial |
|
100 |
|
25 |
100 |
1 |
|
IMA |
|
Standard |
Infinity |
|
|
25 |
|
|
|
*Так как место ограничено, то показаны только столбцы, в которых вводятся основные параметры.
1 – названия колонок указаны для поверхности Standard. Типы поверхностей, используемые в данной схеме:
∙TYPE STANDARD
Standard поверхность может быть плоской, сферической или иной квадратичной поверхностью, которая представляет собой однородный материал (такой как воздух, стекло или зеркало). Единственными параметрами, которые требуются, являются радиус (RADI), толщина (DISZ) и название стекла (GLAS).
∙TYPE PARAXIAL
Paraxial поверхность представляет собой идеально тонкую линзу. Параксиальная поверхность используется для анализа и оптимизации систем, которые на выходе имеют сфокусированный пучок. Форма параксиальной поверхности – плоскость. Первый параметр обозначает фокальное расстояние линзы.
∙TYPE COORDBRK
Type coordbrk предназначен для поворота и децентровки. Сoordbrk используется, чтобы определить новые координаты системы по отношению к текущим.
∙TYPE DIFFGRAT.
Type diffgrat определяет поверхность дифракционной решетки. Тип поверхности выбирается из набора стандартных поверхностей при двойном щелчке левой кнопки мыши в соответствующей ячейке.
Установим выбранные длины волн 0.5 мкм, 0.6 мкм, 0.7 мкм, входную апертуру 50. После того, как система спроектирована, посмотрим, как она выглядит. Чтобы увидеть трехмерное сечение нашей оптической системы, выбираем из главного меню последовательно Analysis, Layout (схема), 3D Layout (трехмерная схема). Для изображения всех длин волн необходимо выполнить следующие действия: в графическом окне трехмерного изображения нажать Settings. В открывшемся окне напротив строчки Color Rays By выбрать ”Waves” , напротив Wavelength выбрать “All”. Нажать ОК. Схема системы изображена на рис. 1.28. На схеме показаны все оптические поверхности от
первой до плоскости изображения и длины волн.
На рисунке видно, что после прохождения пучка с тремя длинами волн через дифракционную решетку, сам пучок раскладывается на составляющие его длины волн, которые затем фокусируются на некоторой поверхности
Теперь проанализируем систему. Построим модуляционную передаточную функцию. Для этого в главном окне необходимо последовательно выбрать Analysis\MTF\FFT MTF. Она вычисляет дифракционную модуляционную функцию для заданного поля с помощью алгоритма БПФ (рис. 1.29). На рисунке показан график
усредненной модуляционной передаточной функции для всех длин волн. При необходимости можно построить график этой функции для каждой длины волны в отдельности. Для этого в меню Settings окна, в котором построена функция, необходимо выбрать нужную длину волны в Wavelength.
Рис. 1.28 Трехмерное изображение схемы.
Рис. 1.29 Модуляционная передаточная функция.
Посмотрим график геометрического распределения концентрации энергии, усредненный по всем длинам волн. Для этого выберем последовательно Analysis\Encircled Energy\Geometric.
Рис. 1.30 Усредненное геометрическое распределение энергии для всех длин волн. Геометрический анализ изображения, полученного после дифракционной решетки,
дает нам изображение, показанное на рис. 1.31. Для его построения нажимаем последовательно Analysis\Image Analysis\Geometric Image Analysis.
Рис. 1.31 Геометрический анализ изображения. Различными цветами показаны длины волн.
Итог: На базе программного комплекса Zemax спроектирована дифракционная решетка. Изначально была создана таблица поверхностей, введены характеристики системы. Далее была построена сама система и рассмотрены основные характеристики, наиболее полно представляющие работу схемы.
Лабораторная работа №5: «Построение модели фильтра» (пример выполнения)
Задание: Построить в программе Zemax модель оптического фильтра с помощью различных поверхностей и посмотреть основные характеристики.
Исходные данные: Входная апертура 0,2; Длины волн 0.55 мм, 0.85 мм, 1.35 мм; Y- координаты полей 0, 1, -1; Толщина и диаметр каждой поверхности произвольные. Построение системы: Открываем программу. В окне редактора LDE находится таблица с тремя строчками. Это поверхности: OBJ - поверхность объекта, STO - поверхность апертурной диафрагмы системы, IMA - поверхность плоскости изображения, обозначенная. Модель нашей системы состоит из 5 поверхностей. Дополнительные поверхности необходимо ввести клавишей Insert. Параметры каждой поверхности заносятся в таблицу редактора LDE.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.11 |
|
|
|
|
Исходная таблица данных редактора LDE. |
|
|
|||
|
Surf: Type |
Radius |
Thickness |
Semi- |
Par 11 |
Par 21 |
Par 31 |
|
|
|
|
|
|
Diameter |
|
|
|
OBJ |
|
Standard |
Infinity |
5.00000 |
0.042 |
|
|
|
1 |
|
Paraxial |
|
5.00000 |
5.00000 |
3 |
0 |
|
STO |
|
NonSecComp |
Infinity |
- |
0.00000 |
0 |
0 |
18 |
3 |
|
Standard |
Infinity |
5.00000 |
10.00000 |
|
|
|
4 |
|
Paraxial |
|
15.00000 |
5.00000 |
5 |
0 |
|
5 |
|
Coord Break |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
10 |
6 |
|
Diff. Grat. |
Infinity |
0 |
0.862 |
0.3 |
1 |
|
7 |
|
Coord Break |
|
2.00000 |
0 |
0 |
0 |
-10 |
8 |
|
Paraxial |
|
2.00000 |
4.112 |
5 |
0 |
|
9 |
|
Standard |
Infinity |
10.00000 |
3.512 |
|
|
|
IMA |
|
Standard |
Infinity |
0 |
10.00000 |
|
|
|
*Так как место ограничено, то показаны только столбцы, в которых вводятся основные параметры.
1 – названия колонок указаны для поверхности Standard.
2 – полудиаметр этой поверхности указан приблизительный, так как тип величины выбран автоматический.
Типы поверхностей, используемые в данной системе:
∙TYPE STANDARD
Standard поверхность может быть плоской, сферической или иной квадратичной поверхностью, которая представляет собой однородный материал (такой как воздух, стекло или зеркало). Единственными параметрами, которые требуются, являются радиус (RADI), толщина (DISZ) и название стекла (GLAS).
∙TYPE PARAXIAL
Paraxial поверхность представляет собой идеально тонкую линзу. Параксиальная поверхность используется для анализа и оптимизации систем, которые на выходе имеют сфокусированный пучок. Форма параксиальной поверхности – плоскость. Первый параметр обозначает фокальное расстояние линзы.
∙TYPE COORDBRK
Type coordbrk предназначен для поворота и децентровки. Сoordbrk используется, чтобы определить новые координаты системы по отношению к текущим.
∙TYPE DIFFGRAT.
Type diffgrat определяет поверхность дифракционной решетки. Тип поверхности выбирается из набора стандартных поверхностей при двойном щелчке левой кнопки мыши в соответствующей ячейке.
Во третьей строке тип поверхности определили как Non-Sequential Components (непоследовательные элементы). Для определения параметров этих элементов необходимо в главном окне программы последовательно нажать Editors, Non-Sequential Components. Откроется окно с таблицей для ввода поверхностей непоследовательных элементов, а также их параметров. В этом окне находится одна строчка с Null Object (Нулевой объект). Для добавления других объектов необходимо так же, как и в редакторе LDE, нажать кнопку Insert. Тип объекта выбирается двойным нажатием левой кнопкой мыши в столбце Object Type. При этом открывается окно, в котором на вкладке Type в строке Object Type необходимо выбрать соответствующий тип объекта.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.12 |
|
|
Исходная таблица данных редактора Non-Sequential Components. |
|
|
||||
|
Object Type |
Z Position |
Material |
Front R |
Z Length |
|
Back R |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Null Object |
0 |
|
|
|
|
|
2 |
Cylinder Volume |
0.2 |
F_SILICA |
0.5 |
15 |
|
0.5 |
3 |
Null Object |
0 |
|
|
|
|
|
*Так как место ограничено, то показаны только столбцы, в которых вводятся основные параметры.
Таким образом мы задали геометрические и конструктивные параметры системы: модель состоит из трубочки и дифракционной решетки, которая в нашем случае будет выполнять роль фильтра.
Теперь установим выбранные длины волн 0.55 мм, 0.85 мм, 1.35 мм, входную апертуру 0,2 и Y-координаты полей: 0, 1, -1.
После того, как система спроектирована, посмотрим как она выглядит. Чтобы увидеть трехмерное сечение нашей оптической системы, выбираем из главного меню последовательно Analysis\Layout\3D Layout. (рис. 1.32).
На рисунке видно, что после прохождения пучка с тремя длинами волн через дифракционную решетку, сам пучок раскладывается на составляющие его длины волн, которые затем фокусируются на некоторой поверхности.
Теперь проанализируем систему.
Построим диаграмму пятна рассеяния светового пучка (последовательно нажать
Analysis\Spot Diagramm\Standard) (рис. 1.33, рис. 1.34).
Рис. 1.32 Трехмерное изображение схемы.
|
Рис. 1.34 Точечная диаграмма |
Рис. 1.33 Диаграмма пятна рассеяния для трех |
пятна рассеяния по всем полям. |
позиций полей. Различными цветами показаны длины |
Различными цветами показаны |
волн. |
длины волн. |
|
|
Построим модуляционную передаточную функцию. Для этого в главном окне необходимо последовательно выбрать Analysis\MTF\FFT MTF. Она вычисляет дифракционную модуляционную функцию для заданного поля с помощью алгоритма БПФ (рис. 1.35). На рисунке показан график усредненной модуляционной передаточной функции для всех длин волн. При необходимости можно построить график этой функции для каждой длины волны в отдельности. Для этого в меню Settings окна, в котором построена функция, необходимо выбрать нужную длину волны в Wavelength.