[科普中国]-光纤截止波长

单模光纤的正常传输模式是线性偏振模，(包括的两个正交模式)。所谓截止波长是指高阶模式(包括、两个圆偏振模及的两叩正交模式所组成的四个简并模式)的截止波长。单模光纤传输系统的工作波长必须大于截止波长，否则，光纤将工作在双模区。由于模式的存在，将产生椁式噪声和多模色散，从而导致传输性能的恶化和带宽的降低。右图表示单栲光纤的本征函数及曲线，以及折射率剖面分布。由图可见，单模光纤的工作区域是：。

为归一化频率

式中，a为纤芯半径，，分别为纤芯和包层折射率，λ为工作波长。V=2.4048是模的截止值。当光纤的结构参数已定时，该光纤的截止波长为：

当工作波长大于截止波长时，只有模能正常传输，高阶模式进入截止区，模式从传导模变成漏泄模。漏泄模是本征方程在截止区外的解，的漏泄模就是的传导模在截止区外的解析连续。他们的场是相同的，但其本征值或传输常数是本征方程的复数解，因而漏泄模在传输中有固有衰减而无法正常传输。比较传导模和漏泄模可见，传导模的传播常数为：

而漏泄模的传播常数属辐射模区，但仍为离散的复数值。

式中，k为真空波数,k=2\λ.

漏泄模的本征值和归一化频率分别为

式中，K和分别为纤芯和包层的横向相位常数，比较传导模和漏泄模的参数范围，可以进一步了解两者的区别。

(1)传导模，K是实数,是虚数

(2)漏泄模K，都是复数

右上图中画出了模在截止区外的的实部及虚部的曲线。1

综上所述，单模光纤的工作波长必须大于模的截止波长(亦即V值必须小于2．4048)，但工作波长不宜偏离截止波长太远(即V值太小)，因V值太小，模式的有效传播常数愈小，有更多的光功率分布在包层中，影响传输倒能，当V=2．4048时，基移有83%的光功率分布在纤芯区，17%在包层区。V值愈小，将有更多的光功率分布在包层区内，光场的约束性愈差。1

光纤的截止波长也是光纤的一个重要的参数。如果光纤的截止波长大于光纤的工作波长，在光纤中将形成多个振荡模式，而不能进行单模传输。

在实际工程中测量光纤的截止波长，常常是测量2m光纤的截止波长λc或22m光纤的截止波长λc，CCITT规定工作波长为的单模光纤截止波长应满足

或

单模光纤的截止波长可以采用传输功率法进行测量。所谓传输功率法就是根据光纤中传输光功率随波长变化的关系来确定截止波长。将谱线宽度小于10nm的单色光送入被测光纤或参考光纤，传输后经光检测器变为电信号，经过锁相放大器放大，送入计算机进行处理，并打印出结果。长度为2±0．2m长的待测光纤打一个固定的半径为140mm的圈，使输人光可以均匀激发基模和次低阶模，测出经过它传输后的光功率为（λ）再把该光纤多打一个半径为30mm的小圈，使只能激发基模振荡，测出经过它传输后的光功率为（λ），得出

　　绘出如右图所示的曲线。则0.1 dB线与曲线的交点对应的最大波长就是待测光纤的截止波长λ。2