国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410072
模式是光纤光学中的基本概念，也是光纤激光器研究中最关注的问题之一。在一般的教材、文献中对模式的简并问题涉及较少，没有给出清晰、直观的物理图像。文中采用经典的电磁场理论，阐明了矢量模的简并度、标量模的简并度以及矢量模和标量模之间的简并关系。在弱导阶跃折射率光纤中，矢量模和标量模都是描述光场的正交完备基，矢量模[HE1n(o)、HE1n(e)]与标量模[LP0n(ye)、LP0n(xe)]描述的光场空间是2维的，矢量模[TE0n、HE2n(o)、HE2n(e)、TM0n]与标量模[LP1n(yo)、LP1n(ye)、LP1n(xo)、LP1n(xe)]描述的光场空间是4维的，矢量模[EHm-1, n(o)、EHm-1, n(e)、HEm+1, n(o)、HEm+1, n(e)]与标量模[LPmn(yo)、LPmn(ye)、LPmn(xo)、LPmn(xe)]描述的光场空间也是4维的。
矢量模 标量模 模式简并度 弱导阶跃折射率光纤 vector mode linearly polarized mode mode degeneracy weakly guiding step index fiber 红外与激光工程
2020, 49(4): 0405001
北京交通大学 光波技术研究所, 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
随着光信息处理技术的发展, 基于光纤模式色散的光信息处理技术也开始得到了关注, 但是如何准确地激励出满足条件的模式一直限制着其应用。对于渐变多模光纤的模式激励已经有解析解, 阶跃多模光纤的模式激励没有解析解, 然而基于模式色散的光信息处理需要采用阶跃光纤来引入较大的模式色散。文中用Matlab数值仿真讨论阶跃光纤的模式激励。仿真结果表明, 改变高斯光束的入射条件, 例如偏移光束、倾斜光束、改变光束束腰半径, 均能得到不同的激励模式。最后, 通过实验验证了倾斜光束时的模式激励和模间色散的情况。
模式激励 功率耦合系数 高斯光束 阶跃型光纤 mode excitation power coupling coefficient Gaussian beam step-index fiber
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
研究了光学涡旋在光纤中传播特性。从Maxwell方程出发，推导光波导中的波动方程，并进行阶跃光纤传输的本征模式求解，根据光学涡旋模式(OAM模)和线偏振模式(LP模)与矢量模式之间的关系，解出光学涡旋以及线偏振模在光纤中的模式分布，理论分析了光学涡旋在光纤中较LP模的传播优势，并通过计算模拟其在弯折光纤中的传播过程，发现其光场强度空间分布具有周期性旋转特性。研究光纤弯曲半径以及涡旋拓扑荷对光学涡旋传播的影响。光纤弯曲半径越小，传输损耗越大；涡旋拓扑荷越大,传输损耗越大，对应的旋转周期越小。
光纤光学 光学涡旋 弯曲光纤 轨道角动量 阶跃光纤 光学学报
2015, 35(s1): s106001
国防科技大学 光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
模场直径是光纤波导基模的特征参量。单模光纤中的功率密度与模场直径成反比。随着光纤激光器单模输出功率的不断攀升，纤芯中的功率密度不断增加，过高的功率密度会使光纤波导产生光学损伤和热损伤。基于锥形光纤模场分布近似模型，研究发现不同参数的拉锥光纤模场直径最小值位置对应的归一化频点具有规律性。采用有限差分波束传播法(FD-BPM)对不同波长、不同数值孔径下纤芯直径和模场直径的对应关系进行模拟，结果表明：模场直径最小值位置在归一化频率1.8附近，与光纤参数和波长的选取没有直接关系。这个特征参数可为高功率激光在光纤中功率密度最大值位置的快速确定提供依据，也为光纤光学理论增加了新的内涵。
光纤光学 阶跃光纤 模场直径极小值 波束传播法 fiber optics step-index fiber minimum mode-field diameter beam propagation method
1 长江师范学院物理学与电子工程学院， 重庆 408100
2 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610064
利用标量解法，导出了弱导阶跃光纤线偏振模(LPmn)的场分布和LPmn混合模式的光强表达式。结果表明，低阶LPmn模的模场范围均随纤芯半径的增加而增大，随纤芯折射率的增加而缩小，随包层折射率的增加而扩大；随传输距离和模式混合份额的增加，LPmn混合模式的光强减少；非相干混合模的M2因子随高阶模式光强所占分额的增加而逐渐变大，M2并非一直随纤芯半径的增加而增大，存在着一个临界值a=30 μm。
导波光学 标量法 线偏振模 模式特性 阶跃光纤 激光与光电子学进展
2011, 48(11): 110604
引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应,对D.Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正,利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0.1 mm、长50 m的石英阶跃光纤的冲击响应波形,该波形近似一高斯函数,半高宽为3 ns,前沿比后沿慢0.8 ns,且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形,与实验结果相比较,两者基本吻合。
大芯径阶跃光纤 光纤冲击响应函数 漏泄模式光线 闪烁体-光纤无源探测系统 large-core step-index fiber time response of fiber tunneling ray scintillator-fiber passive detector system
本文将等效阶跃光纤方法(ESFM)推广到多包层光纤.当已知多包层坯棒折射率分布,则利用这种方法可严格计算出该坯棒的等效阶跃光纤的等效折射率差,从而可方便地估算出该坯棒拉制出光纤的各种传输参数.文中以计算双包层椭圆光纤的截止波长为例作为部分验证.理论计算和实际测量的结果表明,除个别情况外,精度达到5%.因而,在工程上解决了为确定多包层光纤的截止波长(或拉丝半径),而必须进行重复凑试拉丝和测量的困难,大大节省了时间、精力和材料.
多包层光纤 等效阶跃光纤法
