RP 系列 激光分析设计软件 | 多模光纤（ 第四部分）

如果进一步扩大初始光束尺寸或角度范围，类似的模拟会表现出大量的发射损失。此外，如果光束轮廓大致为高斯而不是超高斯，则有效发射需要稍低的 M ^{2值（低于 10）。}

如果将光发射到特定的高阶模式，则该光的 M ²值可能比上述公式大 2 倍左右。

多模光纤的输出光束轮廓取决于发射条件。此外，它还敏感地取决于整个光纤的条件（弯曲、温度等）。这是因为这种效应会影响所有模式的 β 值，从而影响干扰条件。在较长的光纤长度上，即使 β 值的微小变化也会产生显着影响。

多模光纤有时用于光束均匀化，即获得更平滑的强度分布。但是，这仅适用于多色光，其中不同频率分量的分布平均了。

如果将光完全发射到多模光纤的基模中，则光束轮廓原则上应在传播过程中保持不变。然后将获得具有高光束质量的输出，类似于单模光纤的输出。然而，各种干扰可能导致模式耦合：一些光可能会耦合成高阶模式，从而破坏光束质量。

幸运的是，这种耦合效应通常不是那么强。例如，考虑纤芯直径为 20 μm 且 NA 为 0.1 的阶跃折射率光纤。这是一种少模光纤，支持 6 个导模（计算所有模式方向时）。我们取一段 10 毫米长的光纤并引入一个相对陡峭的弯曲，其中反向弯曲半径在中间平稳上升到 1 / (10 毫米)，然后再次回到零。这种弯曲会导致光纤中间的模式分布发生显着偏移和变形：

图 4： 弯曲光纤中间的光束轮廓明显偏离纤芯中心。

然而，在弯曲结束的光纤末端，原始光束轮廓几乎没有变化。几乎所有功率都保持在 LP ₀₁模式：

图 5： 仅在中间部分弯曲的光纤中光束轮廓的演变。（空间坐标不反映弯曲，它被模拟为折射率分布的线性添加；人们只看到模式分布的偏移作为弯曲的结果。）光束分布很好地回到了原始位置光纤端。

人们可能想知道为什么尽管有很强的弯曲效应，但基本上没有光耦合到高阶模式中。为此，我们需要考虑 LP ₀₁和 LP ₁₁模式的相位常数差异，例如，它高达 4.5 rad/mm。这种相位失配有效地抑制了耦合：在光纤的不同部分，从基模耦合到某些高阶模式的幅度贡献将在很大程度上相互抵消。

对于具有大模式面积的光纤，不同模式的 β 值更接近。因此，两种模式的拍长要长得多，即使是相对缓慢变化的扰动也能有效地耦合模式。因此，在大模面积少模光纤中保持单模传播更加困难。

渐变射率纤维

对于电信应用，有时希望最小化模间色散，即群速度范围的宽度。这导致电信信号的时间扩展和失真减少，从而允许更高的数据速率。