圖4：多模光纖中 LP 37模式的 強(qiáng)度分布。

圖 5：多模光纖的所有導(dǎo)模的幅度分布。RP Fiber Power 軟件 已在遠(yuǎn)低于一秒的時(shí)間內(nèi)計(jì)算出這些模式。

圖 6： 與圖 5 相同的光纖的遠(yuǎn)場(chǎng)剖面。

模式的基本事實(shí)

模式的重要屬性

• 它具有一定的復(fù)振幅分布，從中可以獲得強(qiáng)度分布。
• 根據(jù)強(qiáng)度分布，可以計(jì)算出有效模式面積。這決定了非線性效應(yīng)的強(qiáng)度。
• 相位常數(shù) β 說明了其在傳播過程中的整體復(fù)雜相位變化的速度。對(duì)于強(qiáng)導(dǎo)模，它遠(yuǎn)高于包層的相位常數(shù)。在那種情況下，強(qiáng)度分布基本上不會(huì)延伸到包層中。
• 從 β 關(guān)于光頻率的一階和二階導(dǎo)數(shù)，可以計(jì)算群速度和群速度色散(GVD)。
• 對(duì)于有損光纖，每個(gè)模式都可以有一定的衰減常數(shù)。這些值在模式之間可能會(huì)有很大差異——有時(shí)相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。例如，對(duì)于高階模式，彎曲損耗通常要高得多。它們可以用數(shù)值光束傳播來計(jì)算，也可以用一些分析技術(shù)來估計(jì)。順便說一句，彎曲也可以改變和扭曲模式分布。
• 截止波長(zhǎng)是模式不再存在的波長(zhǎng)。（在某些情況下，模式可以有更高和更低的截止值。）

降低高階模式的相位延遲

基于模式計(jì)算光的傳播

• 首先，通過輸入幅度分布與所有模式幅度分布的復(fù)共軛的復(fù)重疊積分來計(jì)算所有導(dǎo)模的激勵(lì)幅度。
• 然后根據(jù)它們的 β 值改變所有模式的復(fù)振幅。
• 通過將模式的所有貢獻(xiàn)相加來構(gòu)建最終的光束輪廓。
  
  

在某些情況下，模式耦合計(jì)算是有幫助的。例如，可以計(jì)算“未受干擾”光纖的模式，然后計(jì)算由一些附加效應(yīng)引起的模式耦合。例如，光纖布拉格光柵中的周期性折射率調(diào)制可以耦合反向傳播或同向傳播模式。

模式方法的局限性

• 在某些情況下——例如，對(duì)于任意索引配置文件——模式很難計(jì)算。
• 在有大量模式的情況下，基于它們進(jìn)行計(jì)算也可能不方便。注意：如果需要考慮包層模式，即使核心只有很少的導(dǎo)模，在計(jì)算中也會(huì)出現(xiàn)大量模式。
• 彎曲等額外的干擾已經(jīng)使模式的計(jì)算變得更加困難。
• 如果模態(tài)特性沿光纖長(zhǎng)度發(fā)生變化（例如，對(duì)于錐形光纖），該概念至少也更難應(yīng)用。