|
當(dāng)光纖芯直徑很小時(shí)，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(gè)基模。這種只允許傳輸一個(gè)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?xì)水路中行進(jìn)的水波來類比：纖芯為細(xì)水路，包層為細(xì)水路的壁，箭頭代表波的行進(jìn)方向，如圖（a）所示。這條細(xì)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(jìn)入光纖，以相同的角度向纖芯－包層交界面行進(jìn)。當(dāng)光線②行進(jìn)到交界面時(shí)，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(jìn)的波。波有干涉性。當(dāng)振幅相同、頻率也相同的兩個(gè)波相遇時(shí)，干涉波的強(qiáng)度是各波強(qiáng)度的疊加。如果這兩個(gè)波的相位相同，波峰和波峰、波谷和波谷都一致，則強(qiáng)度加強(qiáng)；如果這兩個(gè)波的相位相反，波峰對(duì)著波谷，則強(qiáng)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(jìn)的波，如果它們的相位一致，則這兩束波相互加強(qiáng)，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(qiáng)，繼續(xù)傳播至遠(yuǎn)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(huì)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(gè)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(gè)模式。 ②在同一光纖中傳輸?shù)牟煌Ｊ降墓猓鋫鞑シ较�、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(huì)看到，不同模式的光波在橫截面上的光的強(qiáng)度分布圖形也不同，有的是一個(gè)亮斑，有的分裂為幾個(gè)亮點(diǎn)。 ③進(jìn)入光纖的光在芯包交界面上的入射角大于臨界角時(shí)，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(jìn)入包層，被很快衰減掉。前者的傳輸損耗小，能作遠(yuǎn)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(dāng)通過一段光纖時(shí)，以不同角度在光纖中傳輸?shù)墓馑叩穆窂揭膊煌�。沿光纖軸前進(jìn)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(zhǎng)。 |
