截止波长

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定义:当波长大于某一值时,某特定模式不再存在,该波长就称为此模式的截止波长。


波导(如光纤)中传播的模式的数量取决于光的波长:波长越短,可以传播的模式越多。对于长波长的光,其传输模式很可能只有一个模式(参阅单模光纤),也有可能没有可以传输的模式;但是对于短波长的光,其传输模式很有可能有很多个(参阅多模光纤)。


当一个特定的模式在高于某一波长时不再存在,该波长就是其截止波长。对于光纤,LP11模式的截止波长会限制其单模区间,因为低于该波长至少会有LP01和LP11模式。


当低于截止波长时,各个模式的性质会有很大的差异。通常模式半径(以及有效模式面积)在截止波长附近会显著变大,因此在纤芯中传播的能量也就大幅变小。图1显示了在多模渐变折射率光纤中的此效应,在其它的折射率分布的光纤中也有相似的性质。

图1


图 1: 不同模式的在光纤纤芯中的能量比例随波长变化。纵向的直线给出了不同模式的截止波长。


对于光纤中的LPlm模式,只有当l=0时,当波长接近截止波长时,处于纤芯中的能量分量才变成0(即模场面积变成无限)。对于l大于0的情况,模场面积依旧为有限值


在阶跃折射率光纤中,基模(LP10)没有截止波长,但是对于其他结构的光纤(尤其是光子晶体光纤中),基模也有对应的截止波长。


对于没有径向对称性的光纤(和强烈弯曲的光纤),截止波长可能会与偏振相关。


参阅:波导光纤模式LP模式