光ファイバの「モード」の一般的な解釈

私は光ファイバーを持っていて、光源も持っています。光は光ファイバに打ち込まれ、光線は光ファイバ内をさまよって、最終的に光ファイバのもう一方の端から飛び出します。そのため、今操作を繰り返したところ、2番目のビームの位置と任意の空間位置の状態が以前と同じであることがわかりました。私はこれをモデルと呼んでいます。つまり、伝播プロセス全体が全体として見えます。これには、この光線のすべての側面が含まれています。これはモードです。

光は電磁界であり、世界を人間が理解するための現在の方法です。モデル上にある電磁界方程式を解く数式のみを使用して、最も完全な表現である、最も完全な記述が必要です。また、このような観察などの異なるモードを区別するための多くの方法がある光の形状を繊維の断面であり、光スポットが。

光源から、パターンとは何かを一般的に説明しましょう。そして、ファイバーに入る光はどこから来るのでしょうか？それはレーザーによって生成されます。

レーザー製造

レーザーはレーザー光源から生成され、レーザー光源には光共振器があります。これは、内部に光を人為的に騙すことができるボックスです（レーザーの動作原理）。

電磁界理論には、「特定の境界条件を持つ空洞では、電磁界は一連の離散固有状態でのみ存在できる」ということわざがあります。

いわゆる固有状態、線形代数を研究した人々は、いくらか感銘を受けるはずです。Eigenvalueは、eigenvalue、eigenvalue、eigenvectorとも呼ばれます。それは単なる声明です。レーザー光を生成できるこの小さなデバイスでは、この小さなボックスの物理的な制限により、その電磁場の方程式を解くことによって1つまたはいくつかの解決策しか得られません。それぞれの解決策はパターンです。

レーザーモードの定義

電磁界角：各固有状態には、レーザーモードと呼ばれる固定の発振周波数と空間分布があります。
光子角：レーザーモードと呼ばれる、光共振器で区別できる光子状態。
フィールドパターン角度：レーザーモードと呼ばれる、正方形の断面に沿って分布するフィールドパターン。

分析の便宜上、レーザーの状態について説明するために2つの部分に分けます。1.波の伝播方向（縦方向）; 2.光の伝播方向に垂直な平面（横方向）。

PS：時間的コヒーレンスと空間的コヒーレンスを覚えておいてください。これらも垂直方向と水平方向の議論に分けられます〜（コヒーレント光の一般的な解釈）

したがって、レーザーモード（異なる発振周波数と空間分布を持つ電磁界状態）は、縦モードと横モードに分解されます。縦モードは縦電場分布を表すために使用され、横モードの場合は断面の電場分布です。

レーザーモードに影響を与えるのはレーザー光源だけであることはよく理解されています（より具体的には、光共振器を指します。実際、レーザーを生成する材料は、原子レベルで生成されるレーザーの周波数にも影響を与えます。したがって、引き続きレーザー光源を使用して比較します。厳密）したがって、レーザー光源が決定され、レーザーモード（振動周波数と電磁界の空間分布）が決定されます。

縦モード

レーザーが生成されるとき、それは共振空洞が定在波条件を満たすときでなければなりません。

光は共振空洞内で前後に反射し、コヒーレントでコヒーレントな場合にのみレーザーになります（したがって、出力が高くなります）。つまり、共振空洞に定在波が形成されたときです。つまり、前後の2つの光線間の位相差が$$\Delta の\phi =2個の\pi \cdot q$$ここで、qは整数です。関連する導出の後、異なるqに対応するレーザーモードの波長は$${\lambda }_Q=\frac{2L^{{}^{"}}}{q}$$ここで、$L^{{}^{\text{'}}}$キャビティ内を移動する光の長さです。

その結果、異なるqは、異なる定在波と異なる波長のレーザーに対応します。これらの定在波の電場は、異なる縦方向の分布を持っています。

したがって、縦方向の安定した磁場分布を特徴付けるパラメータとしてのqは、レーザーの縦方向モードと呼ばれます。qは縦モード番号と呼ばれ、異なる縦モードは異なるqに対応し、異なる光波長に対応します。

PS：各共振器で解けるqは約$10^4$〜$10^{六}$、これほど多くの垂直モードがありますか？もちろん違います。実際、各縦モードには特定の帯域幅があり、多くのqが含まれています。他の条件により、すべてのqがレーザー出力を持つことができるわけではありません。

水平モード

横モードは、断面上の電磁界の空間分布を反映します。断面からレーザーを観察すると、以下のスポットが見られます（ビーム断面の光強度分布図）。
各横モードは、横方向の安定したフィールド分布に対応します。

横モードには2つの表現がありますが、違いは異なる座標系の使用にあります。円筒座標を使用する場合、結果のモードはTEMモード、TEモード、TMモード、HEモード、およびEHモードと呼ばれます。直交座標系を使用する場合、結果として得られるモードはLP（線形分極）モードと呼ばれます。

LPモードは、一連の伝送定数β\ betaで構成されます。$\beta$が非常に近いベクトルは縮退しています。

縮退：2つのモードの\betaβの値が同じまたは類似している場合、TEモードとTMモードはカットオフ周波数の近くで完全に縮退しているため、これら2つのモードを縮退と呼びます。縮退の意味は、これら2つのモードが一緒に送信されるときに、それらが一緒に形成するフィールドパターンが長距離を維持できることです。それらによって形成されるフィールドパターンは、モードフィールドと同じ安定した伝送を持ちますが、2つの比率が異なるため、モードの概念は一般的に異なります。