Weiß jemand, wie wir in einem Wellenleiter eine bestimmte Mode anregen können, zB die Mode zweiter Ordnung? Ich bin ein wenig verwirrt. Gemäß der Theorie der Strahlenoptik hängen Modi mit Einfallswinkeln zusammen, was bedeutet, dass wir durch Sicherstellen eines bestimmten Bereichs von Einfallswinkeln einen gewünschten Modus anregen können. Basierend auf der Wellentheorie, bei der jeder Modus eine unterschiedliche räumliche Leistungsverteilung aufweist. Wenn wir so denken, müssen wir sicherstellen, dass die Form des Leistungsprofils des einfallenden Lichts mit dem Profil des gewünschten Modus übereinstimmt und dass das Licht auch an der richtigen Position auf die Endfläche des Wellenleiters projiziert wird . Und in diesem Fall spielt der Einfallswinkel keine Rolle.
Es scheint seltsam, dass diese beiden Theorien unterschiedliche Ergebnisse liefern, die nicht miteinander übereinstimmen. Kann jemand sehen, wo das Problem liegt? Danke!
Das Konzept der Wellenleitermoden stammt aus der Wellentheorie und daher ist die Wellenoptik der richtige Weg, um sich dieser Frage zu nähern.
Um eine Mode in einem Wellenleiter anzuregen, möchten Sie das Überlappungsintegral zwischen dem Modenfeld und Ihrer Anregung maximieren. Mit anderen Worten, Sie möchten sowohl die räumliche Intensität als auch das Phasenprofil der Mode (oft auch als komplexe Amplitude bezeichnet) anpassen. Eine Fehlanpassung im Anregungsprofil regt auch andere Moden an – oder führt zu Teilreflexion.
Die Verbindung zur Strahlenoptik findet sich über die Phasenfronten des Wellenfeldes. Phasenfronten sind räumliche Isophasen-Hyperebenen, die für einen festen Zeitpunkt analysiert werden. Die Strahlen in der strahlenoptischen Interpretation sind Linien senkrecht zu den Phasenfronten.
Moden höherer Ordnung haben typischerweise geneigte Phasenfronten (in Bezug auf die optische Achse oder die Ausbreitungsrichtung im Wellenleiter), und somit ergibt eine entsprechende Beschreibung in Begriffen der Strahlenoptik einen modenspezifischen geneigten Einfallswinkel.
In diesem Sinne sind beide Theorien konsistent, auch wenn die Strahlenoptik keine gute „Sprache“ ist, um Wellenleitermoden zu diskutieren.
basierend auf der Wellentheorie, bei der jeder Modus eine unterschiedliche räumliche Leistungsverteilung hat. Wenn wir so denken, müssen wir sicherstellen, dass die Form des Leistungsprofils des einfallenden Lichts mit dem Profil des gewünschten Modus übereinstimmt und dass das Licht auch an der richtigen Position auf die Endfläche des Wellenleiters projiziert wird .
So würden Sie in einem Wellenleiter eine bestimmte Mode anregen.
Es scheint seltsam, dass diese beiden Theorien unterschiedliche Ergebnisse liefern, die nicht miteinander übereinstimmen.
Denken Sie daran, dass die Strahlenoptik im Vergleich zur Wellenoptik ein vereinfachtes Modell ist. In der Physik ist es üblich, für viele alltägliche Analysen ein vereinfachtes Modell zu verwenden, aber Sie sollten wissen, dass dieses Modell in bestimmten Fällen falsch ist. Wenn wir diese Fälle analysieren müssen, müssen wir auf das komplexere Modell zurückgreifen.
Zum Beispiel sagt die Newtonsche Mechanik voraus, dass eine Masse unbegrenzt beschleunigt werden kann, wenn eine konstante Kraft ausgeübt wird. Die spezielle Relativitätstheorie sagt, dass das nicht stimmt. Wir wissen, dass die Newtonsche Mechanik nur eine vereinfachte Teilmenge der speziellen Relativitätstheorie ist, und wenn Geschwindigkeiten zu einem wesentlichen Bruchteil von c werden , müssen wir das komplexere Modell der speziellen (oder allgemeinen) Relativitätstheorie berücksichtigen.
Um die richtige Antwort von Ed Cetera zu ergänzen : Wellenoptik ist immer der richtige Ansatz, und Strahlenoptik funktioniert perfekt, wenn die Eikonal-Gleichung korrekt ist: Ich erkläre in dieser Antwort hier die Bedingungen dafür, dass dies korrekt ist .
In der Faseroptik funktioniert Raytracing gut, wenn die Fasern stark multimodal sind, dh die Parameter ist sehr groß. Für eine Einmoden- oder Wenigmoden-Faser ist Strahlenoptik völlig unanwendbar.
Siehe Kapitel 10 von Snyder & Love, "Optical Waveguide Theory", Chapman & Hall, 1983
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