單模光纖的模斑尺寸是光纖芯徑、折射率分布及工作波長的函式，被稱為單模光纖的萬能參數。
基本介紹
- 中文名：模斑尺寸
- 外文名：pattern spot size
- 學科：工程技術
- 特點：單模光纖的萬能參數
- 重要性：具有非常直觀的物理意義
- 影響因素：光纖芯徑、析射率分布及工作波長
定義,作用,測量系統,
定義
大多數折射指數剖面（包括階梯分布）光纖的主模的徑向場分布都近似為Gauss分布，在r=w處場強下降到中心，r=0處的1/e，功率密度，即強度，下降至中心r=0處的
。w的大小反映了光纖橫截面內場的分布情況，常稱模斑尺寸。
作用
單模光纖的模斑尺寸是光纖芯徑、折射率分布及工作波長的函式。在弱導單模光纖中，電磁場的徑向分布可近似用高斯函式來描述，因而只需要單一參數—模斑尺寸，即可表達單模光纖中的電磁場徑向分布。
對單模光纖而言，模斑尺寸具有非常直觀的物理意義。模斑尺寸的大小決定了兩根單模光纖對接時接頭損耗的大小，也決定了光纖的彎曲和微彎損耗大小，還可由模斑尺寸譜（即不同波長下的模斑尺寸大小）決定單模光纖的截止波長、波導色散及單模光纖的等效突變折射率分布等等參數，因而被稱為單模光纖的萬能參數。
基模模斑尺寸決定了單模光纖連線損耗和微彎損耗，從理論上定義了等效階躍折射率光纖。它和實際光纖在大於截止波長的任意波長上都有同樣的模斑尺寸。他從理論上論證了等效階躍折射率（ESI）光纖具有和實際光纖幾乎同樣的傳播常數和彎曲損耗，而且模斑尺寸的測量可以很好地預知模色散。由模斑尺寸和ESI光纖也可確定後向散射特性。
測量系統
可以採用測量徑向偏離引起耦合效率的變化來測量模斑尺寸。如圖《測量系統原理圖》所示為測量系統原理圖。
測量系統原理圖
圖中採用了波長為1.3微米的半導體雷射二極體。直流電流經穩壓、穩流並與音頻信號發生器產生的1KHz正弦信號組合後，加到半導體雷射二極體上，並可採用穩功率措施來穩定半導體雷射二極體的輸出功率。本測試中，考慮到完成每次測量僅需10秒鐘左右，且僅需歸一化耦合效率即可定出模斑尺寸，因而沒有採用特殊的穩定措施。
單模光纖端面要平整，且與其軸線垂直。實驗中採用光纖燒熱手工製備樣品的辦法，並用6JA干涉顯微鏡檢查端面質量，速度較快，可符合測試要求。
半導體雷射二極體產生的1.3微米調製光信號經多模一單模光纖接頭耦合到單模光纖(1)，再通過自動掃描裝置耦合到單模光纖(2)，用PIN二極體進行檢測。接收信號經鎖相放大後送到x-y記錄儀的Y軸。自動掃描裝置及位移測量顯示裝置產生的光纖徑向偏離量信號輸入到x-y記錄儀的X軸，於是在x-y記錄儀上自動連續地記錄了禍合效率與徑向偏離的關係曲線。
自動掃描裝置由微調架及可逆馬達組成。這一裝置除五維可調外，其中一維經變速裝置由馬達帶動可以作連續自動掃描。可逆馬達由掃描驅動電路控制，用帶測頭的電感測微儀組成位移測量顯示裝置，可直接顯示徑向偏離量並同時把徑向偏離量轉換成電信號加到x-y記錄儀的X軸，電感測微頭重複測量誤差小於0.03微米。
測量時，首先仔細調節二根光纖位置，使檢測一器輸出為最大，尤其要注意儘量減小二條光纖間的傾角。對二根相同的單模光纖而言，可得到的最大功率耦合係數約為85%。在達到最大輸出後，由自動掃描裝置使光纖(2)在一徑向進行掃描。
