Mod (optyka)

Z Wikipedii

Mod jest charakterystycznym rozkładem pola elektromagnetycznego odpowiadającym danemu kątowi rozchodzenia się fal w falowodzie. Dla światłowodu mówi się o modach światłowodowych. Powstają one przez odbijanie się na granicy ośrodków płaskich fal elektromagnetycznych rozchodzących się zygzakowato i interferujących ze sobą, nasilając się i wygaszając periodycznie w rdzeniu. W światłowodzie równanie falowe z warunkami brzegowymi i z uwzględnieniem interferencji, ma tylko skończoną, skwantowaną liczbę rozwiązań. Każde rozwiązanie odpowiada jednemu kątowi (względem osi światłowodu) rozchodzenia się drgań elektromagnetycznych tworząc pojedynczy mod o określonych właściwościach. O tym ile modów przenosi dany światłowód decyduje jego apertura numeryczna. Ich rozkład zależy od geometrii elementu prowadzącego promieniowanie, własności optycznych materiału rdzenia i płaszcza oraz od długości rozważanej fali. W zakresie danego modu zachowane są stałość poprzecznego rozkładu pola elektromagnetycznego i jego polaryzacji wzdłuż osi falowodu.

Mody możemy podzielić na:

• TE{ E_y, H₂, H_x } (Transverse Electric) - mody dla których wielkość pola elektrycznego wzdłuż kierunku rozchodzenia jest zerowa.
• TM{ H_y, E₂, E_x } (Transverse Magnetic) - mody dla których wielkość pola magnetycznego wzdłuż kierunku rozchodzenia jest zerowa.
• TEM (Transverse ElectroMagnetic) - mody dla których wielkość pól elektrycznego i magnetycznego wzdłuż kierunku rozchodzenia jest zerowa.
• Hybrydowe - mody nie spełniające powyższych warunków.

Stosuje się również inne, bardziej szczegółowe podziały modów ze względu na ich własności.

Większa ilość modów oznacza większą podatność na rozmycie promienia przy dużych odległościach. Dlatego, jeżeli nie ma dodatkowych urządzeń wzmacniających, aby sygnał był skupiony stosuje się ograniczoną długość światłowodu sięgającą do 3000 metrów. W światłowodzie jednomodowym może biec tylko jeden mod - są to światłowody o wartości znormalizowanej częstotliwości V mniejszej od około 2,405. Powyżej tej wartości, światłowód jest wielomodowy. Rozmycie jest powodowane tzw. dyspersją modową - prędkości propagacji dla poszczególnych modów różnią się nieznacznie powodując, że docierają do celu rozsunięte względem siebie. Jest ono zjawiskiem niepożądanym w telekomunikacji światłowodowej ponieważ ogranicza ono maksymalną prędkość przesyłania danych - inaczej kolejne impulsy mogłyby zmywać się ze sobą i powodować utratę danych.