Моделирование траекторий косых лучей в оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления

Аннотация: В рамках модели геометрической оптики разработан алгоритм расчета траекторий косых лучей (гибридных мод) в оптическом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления. Первый (трехмерный) вариант алгоритма сводится к последовательному расчету координат точек отражения луча в векторной форме, второй (двумерный) вариант – к независимому расчету поперечных координат точек отражения с последующим расчетом продольной (осевой) координаты. Результаты расчетов по двум вариантам алгоритма совпадают. С помощью разработанного алгоритма смоделированы траектории косых лучей в оптическом волокне с диаметром сердцевины 400 мкм при различных условиях возбуждения. Рассчитаны проекции траекторий лучей на выходной торец волокна. Характерный топологический вид проекций – кольцо-огибающая, внутренняя граница которой определяет каустику. Выявлены «резонансные» виды проекций траекторий лучей. Проведена проверка разработанного алгоритма расчета в экспериментах по возбуждению косых лучей (λ = 532 нм) в кварц-полимерном оптическом волокне с диаметром сердцевины 400 и 600 мкм.

Ключевые слова: многомодовое оптическое волокно, расчет траекторий косых лучей, проекции траекторий и их топологические свойства.