【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤通信和光电子器件，尤其涉及一种基于离散化的光纤耦合效率计算方法及系统。
技术介绍
1、光器件与光纤之间的高耦合效率是光纤通信和光电子器件封装性能的关键问题。在物联网、移动宽带、云计算、自动驾驶等业务出现和发展的推动下，数据中心互联、移动前传、宽带接入、车载网络等需求快速增长。对于短距离局域网络光传输系统中的光纤链路，在系统中实现连接器之前，需要进行连接器损耗测试，以确保满足损耗预算要求。如何建立一个可以准确预估连接损耗的模型成为研究的热点。目前，以均匀分布和高斯分布作为发射模场的近似，对光纤端面交叠区域积分为主的一些建模方法已应用于建立光纤耦合模型，但其复杂度还有待降低，准确性还有待提高。
2、耦合效率(coupling efficiency，ce)是指接收端接收的光功率和发射端发出的光功率的比值，耦合效率反映了光链路的传输性能。这里以光纤耦合为例，图1所示为光纤耦合的模型，该模型将发射端光纤端面上的光功率表示为包含位置信息(ω,τ)的功率密度，并根据其在自由空间中传输的距离计算出了接收光纤端面上包含位置信息(γ,ε)的模场分布，最后以接收光纤端面为积分区域计算出耦合效率。
3、如图2所示，目前的研究多以均匀模式分布(uniform mode distribution，umd)或平衡模式分布(equilibrium mode distribution，emd)作为激光器发射模场的近似，umd是指将激光器发射模场强度视为处处相等，emd则是将激光器的发射模场视为基模(即高斯分布)，以上两种
4、在实际应用中，多模激光器的模场通常包含数百个高阶模，多模光纤(multi modefiber，mmf)模场分布由多种模态构成，如模式耦合瞬态和斜光引起的高阶富模态，因此需要一种既能满足特定激励条件又能满足所有发射条件的计算方法。虽然随机光进入光纤的平均耦合效率的一般表达式可以获得，但它通常不易于分析处理，所以一般会使用数值积分方法或简化近似来求解发射光纤模场分布的函数表示。采用高阶贝塞尔函数或其他函数拟合分布是处理复杂模场的一种方法，拟合的结果通常较为准确。
5、有上述可知，现有的光纤耦合模型还存在以下问题：
6、(1)采用umd或emd作为激光器发射模场的近似时误差较大；
7、(2)对于模式数较多的出射模场，函数拟合的难度大。
技术实现思路
1、为此，本专利技术实施例提供了一种基于离散化的光纤耦合效率计算方法及系统，用于解决现有技术中采用umd或emd作为激光器发射模场的近似时误差较大以及对于模式数较多的出射模场，函数拟合的难度大的问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种基于离散化的光纤耦合效率计算方法，所述方法包括：
3、s1：构建光纤耦合效率计算模型；
4、s2：基于光纤耦合效率计算模型，对光纤端面的模场分布进行离散化处理，得到一组包含功率信息的功率微元；
5、s3：对于任何一个功率微元，根据是否处于光纤端面边界圆内来判断所述功率微元是否被成功耦合进接收光纤，并对耦合进光纤的光功率求和，对光纤端面上所有的功率微元进行计算，得到一组成功耦合进光纤的光功率；
6、s4：根据激光的出射功率求出光纤耦合效率。
7、优选地，所述构建光纤耦合效率计算模型的方法具体包括：
8、将光纤端面的边界用圆来表示，将光斑用若干和位置(x,y)相关的功率微元p(x,y)表示，每个微元的功率大小取决于激光的出射条件。
9、优选地，对光纤端面的模场分布进行离散化处理，得到一组包含功率信息的功率微元的方法具体包括：
10、将光斑的模场分布用若干同心的光功率圆环来表示，根据环形光通量随半径变化的分布得到其在不同半径处的功率密度，并以此对这些光功率圆环按照其半径进行加权，最终得到一组包含功率信息的同心的光功率圆环，对光纤端面模场分布的离散化处理完成。
11、优选地，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
12、对于任何一个光功率圆环，计算出光纤端面内的弧长与其周长的比值，用该比值与此光功率圆环所包含的功率相乘，可以得到此光功率圆环成功耦合进接收光纤的光功率。
13、优选地，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
14、当光斑超出接收光纤端面的边界时，光斑被转化为若干个同心光功率圆环，其中一部分光功率圆环完全位于接收光纤边界内，这些光功率圆环包含的光功率全部成功进接收光纤；还有一部分光功率圆环与接收光纤边界相交，通过计算其位于接受光纤边界内的弧长来得到其成功耦合进光纤的光功率。
15、优选地，采用na圆来模拟激光倾斜入射时入射角大于光纤数值孔径接受范围带来的损耗，将光斑超出na圆和光纤边界的部分均视为损耗。
16、本专利技术实施例还提供了一种基于离散化的光纤耦合效率计算系统，用于实现上述所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，所述系统包括：
17、光纤耦合效率计算模型构建模块，用于构建光纤耦合效率计算模型；
18、模场离散化处理模块，用于基于光纤耦合效率计算模型，对光纤端面的模场分布进行离散化处理，得到一组包含功率信息的功率微元；
19、光功率计算模块，用于对于任何一个功率微元，根据是否处于光纤端面边界圆内来判断所述功率微元是否被成功耦合进接收光纤，并对耦合进光纤的光功率求和，对光纤端面上所有的功率微元进行计算，得到一组成功耦合进光纤的光功率；
20、光纤耦合效率计算模块，用于根据激光的出射功率求出光纤耦合效率。
21、本专利技术实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括处理器、存储器和总线系统，所述处理器和存储器通过该总线系统相连，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行存储器存储的指令，以实现上述所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法。
22、本专利技术实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行上述所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法。
23、从以上技术方案可以看出，本专利技术申请具有以下优点：
24、(1)准确性：本专利技术选用离散的功率微元表示激光器的模场分布，对激光器模场的处理很好的保留了其分布特性，可以得到比传统的基于均匀分布和高斯分布的激光发射模场假设的光纤耦合效率计算方法有更高的准确度；
25、(2)模场获取的难度：大部分激光器厂商会提供激光器环形光通量随半径变化的情况，本专利技术对功率微元进行离散化分解时，采用同心圆表示功率微元，可以以环形光通量直接获得输入的模场分布；
26、(3)拓展性：本专利技术的建模方法可应用于大部分光器件的输出模场，包括但不限于激光器与光纤之间的耦合，光纤与光纤之间耦合，激光器与光探测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，所述构建光纤耦合效率计算模型的方法具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对光纤端面的模场分布进行离散化处理，得到一组包含功率信息的功率微元的方法具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
5.根据权利要求3所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
6.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，采用NA圆来模拟激光倾斜入射时入射角大于光纤数值孔径接受范围带来的损耗，将光斑超出NA圆和光纤边界的部分均视为损耗。
7.一种基于离散化的光纤耦合效率计算系统，其特征在于，用于实现权利要求1至6任意一项所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，所述系统包括：
8.一种电子装置，其特征在于，所述
9.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机软件产品，所述计算机软件产品包括的若干指令，用以使得一台计算机设备执行权利要求1至6任意一项所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，所述构建光纤耦合效率计算模型的方法具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对光纤端面的模场分布进行离散化处理，得到一组包含功率信息的功率微元的方法具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
5.根据权利要求3所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，对耦合进光纤的光功率求和的方法包括：
6.根据权利要求1所述的基于离散化的光纤耦合效率计算方法，其特征在于，采用na圆来模拟激光倾斜入射...
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