光纤和光缆-模式的概念

V=2.405 c
或c =
V
2.405
2. 模场直径
模场直径(MFD--Mode Field Diameter)，用来表征在单模 光纤的纤芯区域基模光的分布状态。
基模在纤芯区域轴心线处光强最大，并随着偏离轴心线的 距离增大而逐渐减弱，如图所示。
一般将模场直径定义为光强降低到轴心线处最大光强的1/e 的各点中两点最大距离。
但它却是沿z方向的一个稳定的分布形式，就是说，一个 模式沿纵向传输时，其场分布形式不变。
模式场沿纵向传输的稳定性，是模式的一个重要性质。
2.模式是有序的。因为模式是微分方程的一系列特征解。所 以是离散的、可以排序的。
排序的方法有两种： 一种是以特征方程中分离变量的根的序号排列。由于模式
场有E和H两个自变量，所以有两列序号； 另一种方法以 之大小排序， 越大序号越小。
模场直径的大小与所使用的波长有关系，随着波长的增加 模场直径增大。
模式的概念
1. 模式是满足亥姆霍兹方程的一个特解，并满足在波导中心 有界、在边界趋于无穷时为零等边界条件。这是它的数学含义。
一个模式，实际上是正规光波导的光场沿横截面分布的一 种场图。较低阶模的场图比较简单，高阶模的场图往往非常复 杂。
模式只是光波导中光场的一个可能的分布形式，是否真正 存在，要看激励条件。
当 为复数时，表明既有相移又有衰减， 的虚部表示沿光 波导的衰减。
4. 模式具有正交性；不同模式之间满足正交关系。
单模光纤的模式特性
传输模式数目随V值的增加而增多。当V值减小时，不断发 生模式截止， 模式数目逐渐减少。
特别值得注意的是当V<2.405时，只有HE11(LP01)一个模式 存在，其余模式全部截止。
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3.许多个模式的线性组合构成了光波导中总的场的分布，一 系列模式可以看成一个光波导场分布的空间谱。
一个模式在波导中传输最基本的物理量是它的传输常数 。
不仅是光频的函数 () ，同时也是折射率分布 (x, y)
的函数(泛函)。
当 为实数时，表明光在传输过程中只有相移，而无衰减， 光波导相当于一个相移器；
混合模有两类，一类 Εz Η z ，记为 mn ， 另一类 Η z Εz ，记为 mn。
下标 m 和 n 都是整数。
第一个下标是贝塞尔函数的阶数，称为方位角模数，它表 示在纤芯沿方位角 绕一圈电场变化的周期数。
第二个下标是贝塞尔函数的根按从小到大排列的序数，称 为径向模数，它表示从纤芯到纤芯与包层交界面电场变化的 半周期数。
HE11称为基模，由两个偏振态简并而成。 由此得到单模传输条件为
V 2a
n12 n22 2.405
(1)
1. 截止波长
由式 (1) 可以看到，对于给定的光纤(n1、n2和 a 确定)， 存 在一个临界波长 c ，当 c 时，是多模传输，当 c 时， 是单模传输，这个临界波长 c 称为截止波长。由此得到