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光纤模式

发布时间:2008/12/3 0:00:00 访问次数:1493

  在阶跃多模光纤中,入射的子午光线和斜射光线都产生沿光纤传输的导模,每一个导模都具有一个沿光纤轴线 (z轴)的传输常数β。子午光线在光纤内产生te波和tm波,而斜光线所产生的导模的电场和磁场都有沿z轴方向 的分量,即马和hz分量,因此既不是te波,也不是tm波,而是he波和eh波。he模的磁场分量比电场分量强,而eh 模则相反。

  与截止条件相联系的一个重要参数是v参数,也称归一化频率,其定义为

  v参数是一个无量纲的数,它与光纤的结构参数,包层和芯层的折射率,以及光波长有关。光纤的芯层半径四, 芯层折射率与包层折射率差或光纤的数值孔径越大,则v值越大。波长λ越大则v值越小。在式(7-10)中并没有 包含光纤的包层的结构参数,说明包层的直径对各个导模的传播没有大的影响。

  v值决定了光纤可以支持的传播模数量。除了最低阶的he11模以外,每一个模式都有唯——个可以达到的极限v 值。在β=n2k时,该模式被截止。当v<2.405时,he11模是阶跃折射率光纤中可能传播的最低阶模。因此,在阶 跃折射率光纤中由v<2.405表征单模传输,即在光纤中传播着he11模。为只能传输单一模(he11模)而设计的光 纤称为单模光纤。同时把能传输许多个模式的光纤称为多模光纤。

  当光纤的芯层和包层的相对折射率差△《1时,称这种光纤为弱导光纤。当△《1时,场的轴向电场分量ez和磁 场分量hz很小,即在弱导光纤中的电,磁场几乎是横向线偏振电场,磁场、导模也几乎是平面偏振行波,类似于 平面波的场方向,但是与均匀平面波不同的是,这种波的场强在平面内部不是常数。称这些波为线性偏振模(lp )。这种沿光纤传输的lp导模可以用沿z轴的电场分布e(r,φ)表示,这种场分布或者场斑是在垂直于光纤轴( z方向)的平面内,因此与r和φ有关,而与z无关。因此用对应于r和φ两个边界的两个整数1和m来描述其特性。1 表示循环一周(φ=m360°)最大光强的对数,m表示从纤芯开始沿r方向到包层具有的场斑的个数。这样一个lp模 中的传输场分布可以用elm(r,φ)来表示,称这种模为lplm模,并且可以用沿z轴的行波表示:

  式中,elp表示lp模的电场,βlm是它沿z轴的传输常数。对于给定的l和m,elm(r,φ)表示在z轴的某个位置上 特定的场分布,该场以波矢量βlm沿光纤传播。

  lp模暂时不再考虑te,tm,he,hm各模的区别,而仅仅注意于各模的传输常数β。传输常数相等的模为简并模并 取相同的名称。表是lp模与传统模的标记方法的关系。

  表 光纤中两种模式分类之间的关系

  欢迎转载,信息来源维库电子市场网(www.dzsc.com)



  在阶跃多模光纤中,入射的子午光线和斜射光线都产生沿光纤传输的导模,每一个导模都具有一个沿光纤轴线 (z轴)的传输常数β。子午光线在光纤内产生te波和tm波,而斜光线所产生的导模的电场和磁场都有沿z轴方向 的分量,即马和hz分量,因此既不是te波,也不是tm波,而是he波和eh波。he模的磁场分量比电场分量强,而eh 模则相反。

  与截止条件相联系的一个重要参数是v参数,也称归一化频率,其定义为

  v参数是一个无量纲的数,它与光纤的结构参数,包层和芯层的折射率,以及光波长有关。光纤的芯层半径四, 芯层折射率与包层折射率差或光纤的数值孔径越大,则v值越大。波长λ越大则v值越小。在式(7-10)中并没有 包含光纤的包层的结构参数,说明包层的直径对各个导模的传播没有大的影响。

  v值决定了光纤可以支持的传播模数量。除了最低阶的he11模以外,每一个模式都有唯——个可以达到的极限v 值。在β=n2k时,该模式被截止。当v<2.405时,he11模是阶跃折射率光纤中可能传播的最低阶模。因此,在阶 跃折射率光纤中由v<2.405表征单模传输,即在光纤中传播着he11模。为只能传输单一模(he11模)而设计的光 纤称为单模光纤。同时把能传输许多个模式的光纤称为多模光纤。

  当光纤的芯层和包层的相对折射率差△《1时,称这种光纤为弱导光纤。当△《1时,场的轴向电场分量ez和磁 场分量hz很小,即在弱导光纤中的电,磁场几乎是横向线偏振电场,磁场、导模也几乎是平面偏振行波,类似于 平面波的场方向,但是与均匀平面波不同的是,这种波的场强在平面内部不是常数。称这些波为线性偏振模(lp )。这种沿光纤传输的lp导模可以用沿z轴的电场分布e(r,φ)表示,这种场分布或者场斑是在垂直于光纤轴( z方向)的平面内,因此与r和φ有关,而与z无关。因此用对应于r和φ两个边界的两个整数1和m来描述其特性。1 表示循环一周(φ=m360°)最大光强的对数,m表示从纤芯开始沿r方向到包层具有的场斑的个数。这样一个lp模 中的传输场分布可以用elm(r,φ)来表示,称这种模为lplm模,并且可以用沿z轴的行波表示:

  式中,elp表示lp模的电场,βlm是它沿z轴的传输常数。对于给定的l和m,elm(r,φ)表示在z轴的某个位置上 特定的场分布,该场以波矢量βlm沿光纤传播。

  lp模暂时不再考虑te,tm,he,hm各模的区别,而仅仅注意于各模的传输常数β。传输常数相等的模为简并模并 取相同的名称。表是lp模与传统模的标记方法的关系。

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