阶跃折射率光纤的波动光学理论
1波动方程。
光纤是一种介质光波导,这种波导具有无传导电流、无自由电荷和线性各向同性的特点。在光纤中传播的电磁波满足麦克斯韦方程组。
2波动方程的解和光纤中的模式。
2.1标量解。
归一化截止频率:
截止波长:
其中, a为纤芯半径,n1为纤芯折射率,△为相对折射率差。
对于某一光纤,每个模式,都对应一个截止波长,当实际波长小于截止波长时,该模式可以传输,当实际波长大于截止波长时,该模式截止。若光纤中只有一种传输模式,则加单模光纤,这种光纤没有模式色散,其频带很宽,适合于长距离大容量传输,是大力发展的光纤。
单模光纤的工作模式取最低模LP01模。要保证单模传输,需高次模截止。这只要使归一化频率V小于二阶模LP11模的归一化截止频率即可,即:V<VC(LP11)=2.40483.
多模光纤中有多个导波同时传输。光纤的归一化频率V值很大,导波数量也越多。设阶跃光纤中的模数量以M表示,则:M=V²/2,它与归一化频率V的平方成正比,而V²=[(n1)²-(n2)²](K0)²a²,因而光纤的芯径越大,折射率差越大,工作频率越高,光纤中传输的模式数就越多。
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