SMS光纖結(jié)構(gòu)中多模光纖的光場分布分析概述利用不同模式之間的傳播常數(shù)的公式，可以進(jìn)一步得到光在光纖結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳播特性和光場能量的分布情況。為確定能量分布形式，首先要明確，光在進(jìn)行耦合的過程中會(huì)有哪些模式被激勵(lì)起來。在兩種光纖的交界面處，光以基模形式從單模進(jìn)入到無芯中，我們可以將來自入射光纖中的發(fā)射光近似為高斯光束[59]：.（2-48）（2-48）式中，β0代表單模光傳播方向上的傳播常數(shù)，r代表單模光纖的半徑。我們假設(shè)兩段單模光纖與多模光纖是理想對(duì)齊的，不存在任何錯(cuò)位，那么當(dāng)單模光纖中的基模光耦合到多模光纖時(shí)，只有線性偏振模式被激發(fā)。高斯公式半寬高度由公式得出[60]：,（2-49）.（2-50）（2-50）式中，ncore代表纖芯折射率，nclad代表包層折射率。當(dāng)在多模光纖中激勵(lì)起眾多傳輸模式后，光纖內(nèi)傳播的模式與泄漏到光纖外的輻射模會(huì)組成一個(gè)正交系。在沒有外界擾動(dòng)的情況下，模式之間相互獨(dú)立互不交換。忽略傳輸過程中因輻射所損耗的能量，多模光纖在任意一點(diǎn)的光場都可以看作是所有模式集合而成，那么多模光纖內(nèi)部的傳輸光場可以表示為：.（2-51）（2-51）式中，υ代表徑向分量系數(shù)，N為徑向分量模式的總數(shù)，μ代表角向分量系數(shù)，2M+1為角向分量模式的總數(shù)，代表各導(dǎo)模的場矢量。對(duì)多模光纖中的線性偏振模式應(yīng)用分離變量法解麥克斯韋方程組，即可得到的表達(dá)式[61]：.（2-52）式中，u為歸一化后各模式所對(duì)應(yīng)的纖芯中橫向傳播系數(shù)，ω為包層中橫向傳播系數(shù)，β為縱向傳播系數(shù)。場激勵(lì)系數(shù)cυ,μ和dυ,μ可用下式解得：,（2-53）,（2-54）.（2-55）（2-52）式為我們提供了研究內(nèi)部光場形式的方向。由此我們就可以推算出多模光纖內(nèi)任意位置的光場分布情況。但是公式中的光場所表達(dá)的是多個(gè)導(dǎo)模的總和，進(jìn)行計(jì)算時(shí)極其繁瑣。因此通常情況下，我們只對(duì)其中起決定性作用的部分模式進(jìn)行研究分析，既簡化了過程又不會(huì)產(chǎn)生過大的誤差。從公式（2-52）中可以得到，激勵(lì)系數(shù)cv，dv決定了導(dǎo)模所能擁有的能量大小。計(jì)算結(jié)構(gòu)的各導(dǎo)模激勵(lì)系數(shù)，是找到結(jié)構(gòu)主能量模式的有效方法。利用能量耦合系數(shù)對(duì)不同模式的激勵(lì)系數(shù)進(jìn)行確定的方法是目前較為常見的做法。構(gòu)建SMS光纖結(jié)構(gòu)三維模型并進(jìn)行仿真模擬，將一單波長入射光由單模光纖輸入，此時(shí)是以基模形式傳輸，當(dāng)入射光傳輸進(jìn)多模光纖時(shí)會(huì)發(fā)生多模耦合現(xiàn)象，并且在多模光纖內(nèi)發(fā)生干涉現(xiàn)象，得到如圖1.1所示的光場分布示意圖。從圖1.1中可知，當(dāng)光在單模光纖中傳輸時(shí)，光場的能量一直處于在較高位置；但當(dāng)光沿著單模光纖進(jìn)入到多模光纖時(shí)，光的能量不再是集中分布于多模光纖的纖芯所在直線，而是分布在多模光纖內(nèi)部各處，由于多模耦合現(xiàn)象導(dǎo)致在多模光纖中能量強(qiáng)弱分布不均勻，但整體又遵循一定的規(guī)律，這使得在多模光纖的軸向傳輸方向上的光場分布呈現(xiàn)出周期