Ограниченные возможности модового подхода

Ограниченные возможности модового подхода

Понятие мод часто очень удобно для выполнения вычислений, как показано выше. Однако и это тоже имеет свои ограничения:

Существует много примеров, когда численное распространение луча(???) является подходящим инструментом, поскольку модовый подход имеет различные ограничения.

В некоторых случаях – например, для произвольных профилей индексов – эти моды очень трудно вычислить. В случаях с огромным количеством мод также может быть неудобно делать расчеты на их основе. Дополнительные возмущения, такие как изгиб, уже значительно усложняют расчет мод. Эта идея также, по крайней мере, более трудна для применения, если свойства модема изменяются по длине волокна – например, для конических волокон.

По этим причинам вместо идеи мод часто требуется прямое численное распространение луча.

Одномодовое волокно

В предыдущей части мы видели, что в зависимости от профиля показателя преломления и длины волны волокно может направлять различное число мод. Если числовая апертура и контраст показателя преломления невелики, это может быть только одна управляемая мода (мода LP01). В этом режиме волокно называется одномодовым волокном. Моды более высокого порядка, такие как LP11, LP20 и т. д. в таком случае вообще не существуют – только моды оболочки, которые не локализуются вокруг сердцевины волокна.

Заметим, что в большинстве случаев свет с различными поляризационными состояниями можно направлять. Термин "одномодовый" игнорирует тот факт, что обычно (для радиально-симметричных профилей индекса и отсутствия двойного лучепреломления) один и тот же профиль интенсивности имеет две различные моды, но ортогональные линейные поляризационные направления. Любое другое состояние поляризации можно рассматривать как линейную суперпозицию этих двух состояний.

Условие для одномодового направления

Для образца ступенчатого индекса волокна , существует простой критерий для одномодового направления: число V должно ниже ≈2.405. Число V определяется как(«формула»)

где λ-длина волны в  вакууме, a-радиус сердцевины волокна, а NA-числовая апертура.

Для других радиальных зависимостей показателя преломления или даже для нерадиально симметричных профилей индекса, одномодовое состояние обычно должно быть рассчитано численно. Было бы неверно использовать  критерий V < 2.405, например, при V, рассчитанном по максимальной разнице индексов. Вам нужны более совершенные инструменты для проверки одномодового состояния для профилей без ступенчатого индекса.

Влияние размера сердечника