波动光学分析方法

2.3 波动光学分析方法

波动方程解的讨论

□纤芯中（）应该是振荡场，场的能量可以沿z 轴方向传输；包层（）中应该是衰减场，理想情况下应该没有场存在，即场能量只存在于纤芯中。

□由于波动方程中的各系数都是待定的，因此波动方程的求解可能得到许多组解，也即对应着可能会在光纤中存在多种形式的传输场。

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模式存在条件

对每一个传播模来说，应该仅能存在纤芯中，而在包层中衰减无穷大，即不能在包层中存在，场的全部能量都沿光纤轴线方向传输。如果某一个模式在包层中没有衰减，称该模式被截止（cut-off）。

不同的模式具有不同的模截止条件，满足该条件时能以传播模形式在纤芯中传输，否则该模式被截止；

HE11模不存在模截止条件，即截止频率为0。也就是说，当其它

模为基模。

所有模式均截止时该模式仍能传输，称HE

11

从基模及其他模式（称为高阶模）的截止条件和波长等，即可推导出对应的边界条件（包括纤芯和包层的几何尺寸、折射率等参数）。

截止波长和工作波长的关系

判断一根光纤是不是单模传输，只要比较一下它的工作波长λ与截止波长λc 的大小就可以了。如果λ>λc ，则为单模光纤，该光纤只能传输基模；如果λ<λc ，就不是单模光纤，光纤中除了基模外，还能传输其它高阶模。

模场直径

单模光纤中的基模（HE

11模）场强在光纤的横

截面内有一特定的分布，该分布与光纤的结构有关。光功率被约束在光纤横截面的一定范围内。也就是说，单模光纤传输的光能不是完全集中在纤芯内，而是有相当部分在包层中传播。

故此，一般不用纤芯直径来作为衡量单模光纤中功率分布的参数，而用模场直径作为描述单模光纤传输光能集中程度的参数。