光纖的傳播模式

　　簡單他說，在光纖的受光角內(nèi)，以某一角度射入光纖端面，并能在光纖的纖芯-包層交界面上產(chǎn)生全反射的傳播光線，就可稱之為光的一個傳輸模式。當光纖的芯直徑較大時，則在光纖的受光角內(nèi)，可允許光波以多個特定的角度射入光纖端面，并在光纖中傳播，此時，就稱光纖中有多個模式。這種能傳輸多個模式的光纖就稱為多模光纖。如圖所示，以不同入射角入射在光纖端面上的光線在光纖中形成不同的傳播模式。沿光纖軸傳播的叫作基模，相繼還有一次模、二次模等。其中，模次較低的模為低次模，如二次模；模次較高的模為高次模。

　　當光纖芯直徑很小時，光纖只允許與光纖軸方向一致的光線通過，即只允許通過一個基模。這種只允許傳輸一個基模的光纖就稱為單模光纖。

　　大家知道，光也是電磁波。從波的角度考慮，光纖纖芯內(nèi)傳輸?shù)墓饪梢杂眉毸�路中行進的水波來類比：纖芯為細水路，包層為細水路的壁，箭頭代表波的行進方向，如圖（a）所示。這條細水路中的水波狀態(tài)可以用圖（b）所示的模式化圖形來表示。在纖芯內(nèi)，存在著許多沿不同方向傳輸?shù)墓馍渚�，這里暫且只考慮類似水路中的①和②兩束波，它們以相同的入射角進入光纖，以相同的角度向纖芯－包層交界面行進。當光線②行進到交界面時，將產(chǎn)生反射，形成反射波，為②’。很明顯，①和②”就成為以相同方向行進的波。波有干涉性。當振幅相同、頻率也相同的兩個波相遇時，干涉波的強度是各波強度的疊加。如果這兩個波的相位相同，波峰和波峰、波谷和波谷都一致，則強度加強；如果這兩個波的相位相反，波峰對著波谷，則強度相互抵消為0。

　　光波也有干涉性。如圖（b）所示的①和②’這兩束以相同方向行進的波，如果它們的相位一致，則這兩束波相互加強，就可以一直傳播下去；如若這兩束波的相位不一致，與圖中所畫的相位相反，則它們就彼此削弱，直至最后消失。如此看來，只有以某些特定角度射入芯包交界面的波才能相互得到加強，繼續(xù)傳播至遠方。也就是說，光線與芯包交界面的角度為某些特定值的光波才不會被削弱，而形成一組一組的傳輸波，這被稱為傳播模式。依據(jù)光線與交界面間的夾角由小至大，分別稱這些傳播模式為0次模（基模）、一次模、二次模……

　　由以上的分析可以得出以下幾個結(jié)論。

　�、俨⒉皇侨魏涡问降墓獠ǘ寄茉诠饫w中傳輸。每種光纖都只允許某些特定的光波通過，而其他形式的光波在光纖中無法存在。每一種允許在光纖中傳輸?shù)奶囟ㄐ问降墓獠ǚQ為光纖的一個模式。

　�、谠谕�一光纖中傳輸?shù)牟煌�模式的光，其傳播方向、傳輸速度和傳輸路徑不同，其受到光纖的衰減也不同，觀察與光纖垂直的橫截面，就會看到，不同模式的光波在橫截面上的光的強度分布圖形也不同，有的是一個亮斑，有的分裂為幾個亮點。

　　③進入光纖的光在芯包交界面上的入射角大于臨界角時，就在光纖內(nèi)產(chǎn)生全反射；而入射角小于臨界角的光就有一部分進入包層，被很快衰減掉。前者的傳輸損耗小，能作遠距離傳輸，稱為傳導(dǎo)模。

　�、苣軡M足全反射條件的光線也只是具有特定角度的部分才能在光纖中傳輸，因此，不同模式的光的傳輸方向不是連續(xù)改變的。當通過一段光纖時，以不同角度在光纖中傳輸?shù)墓馑�走的路徑也不同。沿光纖軸前進的光走的路徑最短，而與軸線交角大的光所走的路徑則較長。

　
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