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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。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。,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。,混合模有两类，一类，记为，另一类，记为。下标和都是整数。,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。,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。,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；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V2.405时，只有HE11(LP01)一个模式存在，其余模式全部截止。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,(1),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，当时，是多模传输，当时，是单模传输，这个临界波长称为截止波长。由此得到,V=2.405或=,1.截止波长,2.模场直径,模场直径(MFD-ModeFieldDiameter)，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
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