光波导中的“泄露模式”是什么?

光波导中的“泄露模式”是什么?
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泄露模式是⼀种准束缚的波导模式,由于其泄漏到包层中⽽产⽣传播损耗。
理论上来说,光进⼊波导后可以完全分解成⼀系列模式,模式为导波模式(束缚模式)或者辐射模式(⾮束缚模式,包层模式)。但是,这种解释不能完全给出物理现象,并且在数学上也不简便,因为需要考虑⼀系列连续的包层模式。泄漏模式(也称为隧道模式)的概念⾮常重要。
下⾯的例⼦中表征了这⼀概念。⾸先,考虑⼀个简单的阶跃折射率光纤,其光纤纤芯具有更⼤的折射率,其周围的包层折射率较低。图1给出了折射率分布和三个导波模式的径向⽅程,还有这些模式的有效折射率。(LP21模式的有效折射率接近于包层折射率,表明该模式接近于截⽌模式。)
图1:阶跃折射率光纤的折射率分布(ZUI下⾯的曲线),三个导波模式的有效折射率(细的⽔平线)和导波模式的振幅⼤⼩。灰⾊虚线表⽰折射率分布修正后会将⾼阶模式变成泄漏模式。
现在考虑在径向位置⼤于20 µm时提⾼折射率的情况,即图中虚线表⽰的情况:— 基模(LP01)⼏乎不受影响;主要是因为,折射率越⼤时强度会衰减的更慢,但是由于该区域光强本来就很低,因此改变⾮常⼩。— 但是⾼阶模式
说唱音乐
中国驻法国的参赞(LP11和LP21)受影响⾮常⼤。在折射率开始变⼤的区域,不仅其模式分布并没有严重衰减,并且在折射率不变化的区域它们的有效模式指数也⽐初始的要⼤。因此,它们的振幅分布在包层会变⼤,⽽不是衰减。实际上,这些模式不再是导波模式。
如果只考虑单模光纤,波导性质的这⼀重要⽅⾯并不能体现出来。例如,射⼊光纤中光的振幅分布与LP11 模式类似,那么光在⼀段距离内的传播特性与LP11 模式类似,因为它只有⼀⼩部分光强进⼊折射率提⾼的区域。可以想象⼀下,这部分光纤分布从纤芯中屏蔽掉并且ZUI终消失。因此,还可以得到导模的⾏为特性,只是由于辐射到光纤包层中会连续的损失⼀⼩部分能量。准确来说,这种解释是在泄漏模式概念之后的,⾸先考虑LP11和LP21模式仍然在光纤中,只是折射率分布发⽣了变化,这⾥将其看做泄漏模式⽽不是真正的导模。这⾥考虑的例⼦中, LP21模式⽐ LP11 模具有更⾼的传输损耗。
但是,泄漏模式概念还涉及到很多数学细节问题,要完全理解需要仔细计算细节。例如,泄漏模式并不是模式完全正交系统的⼀部分。但是,这⼀概念对于定性描述⼀些波导性质以及进⾏光纤中光传播的数值模拟时⾮常重要。例如,考虑⼀个⼤模式⾯积光纤。如果采⽤对于单模性质来说⽐较⼤的折射率差则可以很容易实现很⼤的有效模式⾯积。但是,可以改变光纤设计使⾼阶模式变为泄漏模式。(存在很多⽅法,包括应⽤到光⼦晶体光纤中的⽅法。)需要注意的是⾼阶模式在⼀定距离上还会携带很多的光强。如果只考虑导模时这很容易被忽略。也可以采⽤只包含泄漏模式的光纤(没有真正的导模),但是ZUI低阶模式具有很⼩的传播损耗。
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本文发布于:2024-09-23 19:21:30,感谢您对本站的认可!

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标签:模式   折射率   光纤   泄漏   分布
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