Глоговское группирование мод

Когерентные источники оптического излучения чаще всего создают линейно-поляризованный свет, и поэтому первично в волокне возбуждаются волны, не похожие на НЕ и ЕН волны. Это даже поставило под сомнение правильность индексации указанных волн. Впервые эту трудность разрешил Глог, сгруппировав моды по областям значений χ₁а между соседними корнями функций J₀(χ₁а) и J₁(χ₁а), как указано на рис. 2.22 и приведено в табл. 2.4.

Суммы полей указанных групп волн дают соответствующие линейно-поляризованные моды, обозначаемые LP_пт, или моды поляризации, обозначаемые ЕР_пт.

На рис. 2.23 а, б представлены, например, суммы полей волн Н₀₁ с собственным значением χ₁а=2,405 и НЕ₂₁ с собственным значением χ₂₁а =3,05, образующих поля двух волн LР₁₁ единой линейной в поперечном сечении ОВ поляризации, указанных стрелками. Аналогично суммы полей волн Е₀₁ и НЕ₂₁ (рис. 2.23 в, г) дают еще две линейные поляризации волны LP_пт. Волны LP_пт с единой линейной поляризацией представляют собой лишь приближение действительных собственных НЕ_пт и ЕН_пт волн сердечника. Вообще, любая LP_1т, волна состоит из Н_0т и НЕ_2т, волн при одной поляризации и из E_0т и НЕ_2т волн при другой поляризации. Волна LP_пт более высокого порядка и по окружности состоит из волн ЕН_п-1,т и НЕ_п+1,т. Более точно, конечно, использовать спектр волн ЕН_пт и НЕ_пт. Но для слабонаправляюших ОВ с n₁≈n₂ удобнее использовать LP волны. Только тогда, когда LP волны проходят по ОВ большое расстояние, они расщепляются на собственные НЕ и ЕН волны вследствие различия их собственных значений (фазовых скоростей).

Таблица 2.4. Группирование мод по Глогу

Рис. 2.23. Суммы полей волн Н₀₁ и НЕ₂₁ (Е₂₁ и НЕ₂₁)

Таким образом, при вводе из лазера линейно-поляризованного излучения в ступенчатое оптическое волокно, поддерживающее собственные моды НЕ_пт и ЕН_пт наблюдается их несогласованность как по структуре полей, так и по поляризации. Это приводит к сильному преобразованию волн на начальном участке ОВ и, как следствие, к большим потерям сигналов за счет излучения части их мощности в открытое пространство в виде вытекающих мод. Длина установления равновесного состояния мод может быть определена по приближенной формуле:

(2.63)

и может достигать значений от единиц сантиметров до сотен метров. Например, в случае типичного многомодового ОВ с радиусом сердцевины а=25 мкм, θ_кр=0,14 и v=30, L_y =300 м.

Картина высвечивания вытекающих мод на участке установления равновесного состояния мод представлена на рис. 2.24. Под L_у понимается длина ОВ, на которой излучается 0,9 мощности всех вытекающих мод.

Рис. 2.24. Высвечивание вытекающих мод из МОВ на участке L_y