پرتوها و مُدها در فیبر نوری

با وجود اینکه روشن نیست که چگونه پرتوی ساده می تواند تحت زوایای خاصی در امتداد فیبر منتشر گردد. اما این زوایای که پرتوهای نوری تحت آنها انتشار می یابند مجموعه ای از الگوهای امواج الکترو مغناطیسی یا میدانهای توزیع امواج الکترو مغناطیسی را تولید می کنند که به آنها مدهای انتشار می گویند که در امتداد محور فیبر منتشر می گردند. اگر قطر مغزی فیبر ۸μm تا۱۰μm  باشد آنگاه تنها یک پرتوی بنیادی در امتداد محور فیبر انتشار می یابد چنین فیبری را تک مُدی می گویند. اما اگر قطر مغزی فیبر ۵۰ μm تا ۶۲.۵μm باشدتعداد پرتوهایا مدهای منتشر شده از یکی بیشتر بوده در نتیجه به آنها فیبرهای چند مُدی می گویند. الگوهای میدانهای الکترو مغناطیسی و توزیع میدان انرژی متناظر با مُدهای درون فیبر بوده و بسیار پیچیده هستند. با وجود این، یک خصوصیت مهم این مُدها این است که توزیع توان آنها بطور کامل در مغزی فیبر صورت نمی گیرد بلکه بخشی از انرژی مدها در غلاف منتشر می گردد. میدانهای مختلف بطور هماهنگ درون مغزی هدایت می شوند اما بطور غایی درون غلاف متلاشی می گردند. برای مدهای مراتب پایین تر میدانها شدیداً نزدیک محور فیبر یعنی در مغزی متمرکز می گردند و فقط بخش کوچکی از آنها وارد غلاف می شوند. برای مدهای مراتب بالاتر میدانها بیشتر در لبه های مغزی توزیع شده و نفوذ بیشتری به غلاف خواهند داشت.

مطلب پیشنهادی: ساختار فیبر نوری و اجزاء تشکیل دهنده آن

به عنوان ساده ترین مثال، توزیع تقریبی توان نوری برای مُدهای مراتب پایین تر بررسی گردیده و در تصویر (۲-۱۲) نشان داده شده است. این متناظر با مُد بنیادی بوده و تنها مُدی است که می تواند در فیبرهای تک مُدی انتشار یابد. بصورتی که در تصویر (۲-۱۲) آمده، توان نوری در مرکز مغزی فیبر متمرکز شده و دارای یک شکل زنگوله ای است، که بطور غایی در غلاف متلاشی می شود. با توجه به پیک توان، دیده می‌شود که سطح توان در فصل مشترک مغزی و غلاف در حدود ۲۰% است. مقدار مُد به طول موج حساس است بطوریکه مدهای بیشتر به مغزی محدوده شده اگر طول موج کاهش یابد.

مشخصات و خصوصیات توان مُدی که بطور جزیی به سمت غلاف توسعه می یابد در کاربردهای از قبیل تزویج توان از یک فیبر به فیبر دیگر بسیار مهم است. این اصل برای طراحی کوپلرهای فیبری به هم جوش خورده استفاده می شود.