光シングルモード

質問

シングルモードは何故モードを単一化出来るのでしょうか。どんなにコアを小さくしてもコアに幅がある限りモードは複数ある気がするのですが。
解説をお願いします。

回答No.1

semikuma · ベストアンサー

簡単のため、二次元の導波路で説明します。
光ファイバのような共振器間を伝搬する波のモードは、縦モード(軸方向の進行波)と横モード(軸に垂直方向の定在波)の位相の合成として表されます。
またご存知のように、横モードは共振器長を半波長で割った数だけ存在し得ます。
縦モード、横モードとも振動数は同じなので、横モード波数1の0次(基本)モードは軸に対して0度で伝搬しますが、波数2のモードは45度、波数3のモードは30度・・・といった具合に、複数の角度へ伝搬します。

そして共振器間隔が短い程、存在し得るモードの数が少なくなるので、伝搬する角度も離散的となります。

ここで、光ファイバのコアとクラッドの屈折率差は0.2% - 0.3%と小さいので、クラッドに対してごく浅い入射角でも臨界角を超え、クラッドの外に放射されます。
つまり、コア径が小さくなるほど、高次(入射角が大きい)モードは存在し得なくなります。
従って、コア径を小さくすることによりモードを単一化できます。