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Modes of propagation in optical fibres

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Abstract

Light propagates along optical fibres in form of normal modes. As long as fibres are uniform in axial direction, these modes follow as solutions of the eigenvalue problem which Maxwell’s equations together with the boundary conditions of the particular fibre represent. Such modes propagate independently from each other and transmit and distort signals according to their respective delay, dispersion and attenuation. Imperfections of the fibre couple its modes with each other and change its signal attenuation and transmission characteristics. When a randomly imperfect fibre guides many modes, the random coupling leads to a new set of statistical modes which again propagate independently from each other and describe the average power in each of the perfect fibre modes. Interaction between statistical modes occurs only at points along the fibre where the statistics of imperfections change such as at connectors or splices.

Analyse

La lumière se propage dans les fibres optiques sous la forme de modes normaux. Tant que la fibre reste uniforme le long de son axe, ces modes sont les solutions du problème aux valeurs propres obtenu à partir des équations de Maxwell et des conditions aux limites représentant la fibre. Ces modes se propagent indépendamment les uns des autres ; ils transmettent et ils déforment des signaux en fonction de leurs différents temps de propagation, dispersions et atténuations. Les imperfections de la fibre couplent ces modes les uns aux autres et changent l’atténuation des signaux et les caractéristiques de transmission. Quand une fibre avec des défauts aléatoires guide de nombreux modes, le couplage aléatoire conduit à un nouvel ensemble de modes « statistiques » qui à nouveau sont indépendants les uns des autres et qui décrivent la puissance moyenne dans chacun des modes de la fibre idéale. Les modes statistiques ne sont couplés entre eux qu’aux points, comme les connecteurs ou les raccordements, où la statistique des défauts se modifie.

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Unger, H.G. Modes of propagation in optical fibres. Ann. Télécommun. 32, 101–108 (1977). https://doi.org/10.1007/BF02999593

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Keywords

  • Leaky Mode
  • Parabolic Profile
  • Index Fibre
  • Wave Vector Component
  • Symmetric Index