光纤仿真相关参数——光纤损耗、数值孔径、归一化参数

对于光纤，不难想象它频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、成本低等优点。 光纤的损耗可以用以下公式表示：

在光的传播过程中，会按照光线的功率损耗系数\alpha衰减，单位为

我们可以用经过一端距离l后输出的光功率以及输入光功率计算光纤的衰减系数：

对于圆柱形光纤，半径和对应的折射率如图所示：

重要的参数有：

光纤的数值孔径NA：

相对折射率差：

在相对折射率差很小，远小于1时，两者的关系可以表示为：

定义归一化参数：

归一化频率V：

归一化频率也叫做V参量或者V数，该数值越大，代表横向尺寸相对波长越大，能容纳的波导模式越多

显然，我们希望单模光纤的V数较小，这样能容纳的模式数恰好为1

但与此同时，V数值越大，光传播时能量更多的集中在芯层，因此，我们希望在可行的情况下V值较大。

单模光纤的V值一般要求接近2.4048.这是根据限制高阶模在光纤中的传输计算出的结果。

芯层区横向相位参数：

包层区横向衰减参数：

易得：

设想光逸散在包层中，光模式在光纤中正常传输时，包层中的衰减参数应当满足光功率按照指数衰减。

当光衰减参数为0，也就是光在包层中不衰减，产生了震荡模

此时光纤中的光不能正常传播，取此时的V是归一化截止频率

前面说过，对于单模光纤，当V>2.4048时，高阶模式也能传播

所以，对于给定了折射率的单模光纤，存在一个截止频率：

当V的值大于V_{c}光纤传输是正常的

显然，这和光波长、光纤折射率参数有关

定义：

有效折射率：

归一化相位常数：

显然：

参考《高等光学仿真——光波导、激光》