3. Поняття частоти відсікання та нормованої частоти мод. Число мод багатомодового волокна.

Згідно променевій теорії, усі промені, які вводяться у волокно під кутом рівним або меншим від критичного, далі поширюються по його серцевині. Кількість мод, що поширюються по волокну, залежить від поперечного розміру серцевини, показників заломлення серцевини і оболонки та довжини хвилі. Кількість мод (з врахуванням всіх вироджених мод), у випадку степеневого профілю показника заломлення, визначається через нормовану частоту V за формулою:

(18)

де

(19)

g - показник степеня,,

- довжина хвилі у вакуумі,

a - радіус серцевини.

Для ступінчастого волокна в (18) слід покласти (див рис. 2). Якщо нормована частотаV < 2,405, то у волокні зі ступінчастим профілем показника заломлення поширюється лише одна мода (одномодове оптичне волокно). Якщо V > 2,405, то у волокні поширюється багато мод (багатомодове оптичне волокно). Для градієнтного волокна з параболічним профілем g=2) одномодовий режим має місце за умови V<3,53 , відповідно багатомодовий - при V>3,53 [1].

Взагалі, з наведених формул видно, що чим більший діаметр серцевини ОВ і менша довжина хвилі, тим більше мод поширюється у волокні.

В загальному випадку в оптичному волокні можуть існувати три типи хвиль: напрямлені, витікаючі та випромінювані (див. рис. 5). Наявність та домінування якого-небудь типу хвиль пов'язані з апертурою, співвідношенням кута падіння хвилі та кута повного внутрішнього відбивання.

Рис. 5. Типи хвиль в оптичних волокнах

Напрямлені хвилі (хвилі серцевини) - це основний тип хвиль, що поширюються вздовж волокна. Енергія хвилі зосереджена всередині серцевини, чим забезпечується передача інформації. Всі напрямлені хвилі вводяться в торець волокна під кутами Ф < Ф₀, де Ф₀ - апертурний кут. Випромінювані хвилі (просторові хвилі) виникають при введенні променів під кутом, більшим за апертурний. Тут уся енергія вже на початку світловоду випромінюється в оточуючий простір, що є причиною додаткових втрат енергії. Випромінювані хвилі можуть виникнути і в місцях нерегулярностей волокон.

Хвилі, що витікають (хвилі оболонки), мають місце, головним чином, за рахунок хвиль, що входять в торець світловоду не через його вісь. Крім того, вони можуть виникати в місцях нерегулярностей волокон. Такі хвилі поширюються в оболонці ОВ, частково випромінюючись назовні, а частково перетворюючись в напрямлені моди.

Випромінювані та витікаючі хвилі є паразитними хвилями, що призводять до розсіювання енергії та спотворення інформації.