Interprétation populaire du "mode" dans la fibre optique

J'ai une fibre optique et j'ai aussi une source lumineuse. La lumière a été projetée dans la fibre optique, et le faisceau de lumière a erré dans la fibre optique, et finalement jailli de l'autre extrémité de la fibre optique. J'ai donc répété l'opération tout à l'heure et j'ai constaté que la position du deuxième faisceau et l'état de toute position spatiale à tout moment sont les mêmes qu'auparavant. J'appelle cela un modèle. Autrement dit, je vois tout son processus de propagation dans son ensemble, il contient tous les aspects de ce faisceau de lumière, c'est un mode.

La Lumière est un champ électromagnétique, la méthode actuelle de compréhension humaine du monde, vous voulez la description la plus complète de celui-ci, avec seulement une expression mathématique qui résout les équations du champ électromagnétique, qui est sur le modèle , l'expression la plus complète. De plus, il existe de nombreuses façons de distinguer différents modes, comme l'observation de la forme de la lumière dans la section transversale de la fibre , c'est-à-dire le point lumineux .

À partir de la source de lumière, laissez-moi vous expliquer de manière générale ce qu'est un motif. Et d'où vient la lumière entrant dans la fibre? Il est produit par un laser.

Production laser

La lumière laser est produite par une source laser et il y a un résonateur optique dans la source laser, qui est une boîte qui peut être artificiellement trompée avec de la lumière à l'intérieur ( principe de fonctionnement d'un laser ).

Il y a un dicton dans la théorie des champs électromagnétiques, "Dans une cavité avec certaines conditions aux limites, le champ électromagnétique ne peut exister que dans une série d'états propres discrets."

Les soi-disant états propres, les personnes qui ont étudié l'algèbre linéaire devraient être quelque peu impressionnées. La valeur propre est également appelée valeur propre, valeur propre, vecteur propre. C'est juste une déclaration. Dans ce petit appareil qui peut générer de la lumière laser, en raison des limitations physiques de cette petite boîte, nous ne pouvons obtenir qu'une ou quelques solutions en résolvant son équation de champ électromagnétique. Chaque solution est un modèle.

Définition du mode laser

Angle de champ électromagnétique: chaque état propre a une fréquence d'oscillation et une distribution spatiale fixes, appelées mode laser.
Angle de photon: Un état de photon qui peut être distingué dans un résonateur optique, appelé mode laser.
Angle de motif de champ: motif de champ distribué le long de la section transversale du carré, appelé mode laser.

Pour faciliter l'analyse, nous sommes divisés en deux parties pour discuter de l'état du laser. 1. La direction de propagation des ondes (longitudinale) 2. Le plan perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière (latérale).

PS: Souvenez-vous de la cohérence temporelle et de la cohérence spatiale, qui sont également divisées en discussion verticale et horizontale ~ ( Interprétation populaire de la lumière cohérente )

Par conséquent, le mode laser (état du champ électromagnétique avec différentes fréquences d'oscillation et distribution spatiale) est décomposé en mode longitudinal et en mode transverse . Le mode longitudinal est utilisé pour représenter la répartition longitudinale du champ électromagnétique, dans le cas du mode horizontal, c'est la répartition du champ électromagnétique sur la section transversale.

Il est bien entendu que la seule chose qui affecte le mode laser est la source laser, (plus précisément, cela fait référence au résonateur optique. En fait, le matériau qui génère le laser affecte également la fréquence du laser généré au niveau atomique. Nous utilisons donc toujours la source laser pour comparer Rigoureux) Ainsi, la source laser est déterminée et le mode laser (fréquence d'oscillation et distribution spatiale du champ électromagnétique) est déterminé.

Mode longitudinal

Lorsque le laser est généré, il doit l'être lorsque la cavité résonnante répond à la condition d'onde stationnaire.

La lumière se réfléchit dans les deux sens dans la cavité résonnante, et ce n'est que lorsqu'ils sont cohérents et cohérents qu'ils deviennent des lasers (ainsi la puissance deviendra plus élevée). Autrement dit, lorsqu'une onde stationnaire est formée dans la cavité résonnante. Autrement dit, il est nécessaire que la différence de phase entre les deux faisceaux de lumière aller et retour satisfasse $$\Delta \varphi =2\pi \cdot q$$ où q est un entier. Après dérivation pertinente, la longueur d'onde du mode laser correspondant à q différent est$${\lambda }_q=\frac{2L^{{}^{\text{'}}}}{q}$$Où $L^{{}^{«}}$ Est la longueur de la lumière voyageant dans la cavité.

En conséquence, q différent correspond à des ondes stationnaires différentes et des lasers de différentes longueurs d'onde.Les champs électromagnétiques de ces ondes stationnaires ont des distributions longitudinales différentes.

Par conséquent, q en tant que paramètre, qui caractérise la distribution de champ longitudinal stable, est appelé le mode longitudinal du laser. q est appelé numéro de mode longitudinal , et différents modes longitudinaux correspondent à différents q, correspondant à différentes longueurs d'onde lumineuses.

PS: le q qui peut être résolu par chaque résonateur est d'environ $10^4$ ~$10^{Sixièmement}$ , peut-il y avoir autant de modes verticaux? bien sûr que non. En fait, chaque mode longitudinal a une certaine bande passante et contient de nombreux qs, et en raison d'autres conditions, tous les qs ne peuvent pas avoir une sortie laser.

Mode horizontal

Le mode transverse reflète la répartition spatiale du champ électromagnétique sur la section transversale. En observant le laser à partir de la section transversale, vous pouvez voir les points suivants (diagramme de répartition de l'intensité lumineuse de la section transversale du faisceau).
Chaque mode transverse correspond à une distribution de champ transversale stable.

Nous avons deux représentations pour le mode transverse. La différence réside dans l'utilisation de systèmes de coordonnées différents. Lorsque des coordonnées cylindriques sont utilisées, les modes résultants sont appelés mode TEM, mode TE, mode TM, mode HE et mode EH. Lorsqu'un système de coordonnées rectangulaire est utilisé, le mode résultant est appelé mode LP (polarisation linéaire).

Le mode LP est composé d'un ensemble de constantes de transmission β \ betaLes vecteurs dont les$\beta$ sont très proches sont dégénérés.

Dégénéré: Lorsque deux modes ont des valeurs identiques ou similaires de \ betaβ, nous appelons ces deux modes dégénérés, car le mode TE et le mode TM sont complètement dégénérés près de la fréquence de coupure. La signification de la dégénérescence est que lorsque ces deux modes sont transmis ensemble, le motif de champ qu'ils forment ensemble peut maintenir une longue distance. Bien que le motif de champ formé par eux ait la même transmission stable que le champ de mode, en raison des proportions différentes des deux, le concept de mode est généralement différent.