① 截止的概念。当光纤中出现辐射模时,即认为导波截止。
根据snell定律可推出导波传输常数的变化范围为
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当β=kn2,这时处于全反射的临界状态,电磁能量已不能有效地封闭于纤芯中,而向包层辐射,这种状态叫做导波截止的临界状态。
当β<kn2,辐射损耗将进一步增大,光波能量不再有效地沿光纤轴向传输,这时即认为出现了辐射模,导波处于截止状态。
②截止情况下的特征方程。由于传输常数β=kn2是导波截止的临界状态,因此由式(2.44b)截止时的归一化径向衰减常数为[图片]
根据特征方程式(2.52b),在w→0时,根据数学知识,特征方程中的Km(w)为
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可见无论m为何值,特征方程中式(2.52b)的右边均为0,这时我们就可得到
在截止情况下,无论m为何值,都有
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当u≠0时,要让上式成立,必须 Jm−1(u)=0 (2.54)
此式即为截止时的特征方程。
截止时,w=wc=0,Vc=uc,分别称为归一化截止频率和归一化截止相位常数。显然,在截止条件下得到的特征方程的解uc就是所对应模式的截止条件Vc。由此可以解出uc,确定截止条件。uc是m-1阶贝塞尔函数的根。
当m=0时,J−1(uc)=J1(uc)=0,可解出uc=μ1,n−1=0,3.83171,7.01559,10.17347,…,这里μm−1,n是一阶贝塞尔函数的第n-1个根,n=1,2,3,…。显然,LP01模的截止频率为0,LP02模的截止频率为3.83171,这意味着当归一化频率V小于3.83171
时,LP02模不能在光纤中传输,而LP01模总是可以在光纤中传输的。
当m≠0时,Jm−1(uc)=0,可解出uc=μm−1,n,它是m-1阶贝塞尔函数的第n个根,n=1,2,3,…。对于m=1,uc=μ0,n=2.40483,5.52008,8.65373,…。表2.1列出了较低阶LPmn模截止时的uc值。
[图片]表2.1 截止时较低阶LP
根据前面的分析,当光纤的归一化频率小于LP11模的截止频率时,光纤中将只有LP01模能够运行,我们将
0<V <Vc=2.40483 (2.55)
称为光纤的单模传输条件。因为归一化频率是工作波长和折射率分布的函数,当光纤参数确定后,只有工作波长大于某一特定波长时,光纤才能实现单模传
输。我们称这个特定波长为光纤的截止波长,可表示为
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