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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 专业学科区 » 物理 » 基础物理 » 如何向学生解释光波导的模式？
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cityhawk

新虫 (正式写手)

[交流] 如何向学生解释光波导的模式？

关于光波导的模式，比如基模，多模的。讲课时可以说模式是满足亥姆霍兹方程其在波导中心有界、在边界趋于无穷远处为零等边界条件的一系列特解，或者说满足波导横截面边界条件的一种可能的场分布。

但是很多学生还是不明白，问得甚至我自己窝糊涂了，到底什么是光波导的模式？当光在波导中传播的时候，对于某种模式，它是固定的一种场分布实实在在地在传播，还是仅仅是一种便于我们分析的纯数学的东西，请指教！谢谢
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1楼 2013-09-07 11:04:30
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回帖支持 ( 显示支持度最高的前 50 名 )

pakchoi

木虫 (小有名气)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
不同的模式，对应不同的光场分布，实验上可以观测到~
不同的模式对应不同的横向波矢，可以理解成不同的全反射入射角。
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7楼2013-09-07 19:27:59
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xianshuixx

木虫 (正式写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
模式是可观测的，基模、HE21等您都能从书本上看到他们的光斑嘛。

一种模式对应一个唯一的传播常数“贝塔”，即模式的有效模指数的实部（同时，有效模指数的虚部代表着吸收/损耗），往光波导的定义上回退，一种传播常数对应一种全反射过程的入射角。

透过麦克斯韦方程组求解出来的模式是实实在在的电磁波的电场和磁场分布，您可以通过那些著名的有限元模拟软件玩一玩，看看各种模式。
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11楼2013-09-08 19:08:07
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Liebestraum

铁虫 (小有名气)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
一种可能的场分布 这个很重要。
根据波导的参数可以计算出波导中可能起振的最高阶模式，也可以根据想要的模式计算波导的参数。
当有很多种模式都可以起振时实际起振的模式 这个问题没有想通，不敢瞎说。。排队等答案
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9楼2013-09-08 10:24:58
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easonchao

金虫 (著名写手)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
进来看大牛解释的
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3楼2013-09-07 14:20:00
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zhong_chuan

银虫 (正式写手)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
排队求看答案，当初读书时候就没弄明白。
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4楼2013-09-07 15:32:03
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wh1125

木虫 (正式写手)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
进来学习，坐等大牛！
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5楼2013-09-07 15:44:50
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风停了云知道

金虫 (正式写手)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
能在光波导中能量稳定传播的亥姆霍兹方程的特解
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6楼2013-09-07 18:52:19
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门外青山

银虫 (小有名气)
★
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
能够在波导中稳定传播的电磁波肯定不止一种固定的模式，也就是说电磁波的波长肯定不是固定的，或者说波矢不同，这样就形成了各种模式，它是一种是实在的物理的东西，而不是一种数学上为了分析方便而设的
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8楼2013-09-07 19:46:23
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蓝天下的人

木虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
我觉得可以从两个方面去解释：1）数学上，是亥氏方程的解；2）物理上，就是光场分布的一种形式，或者是能量存在的一种形式，是客观存在的，也就是可观测的。
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10楼2013-09-08 15:06:23
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cityhawk

新虫 (正式写手)
感谢大家的讨论。举个基模的例子，三维的基模场分布是个高斯分布，即这种模式的光能量在波导截面上也是个高斯分布，可以沿波导稳定传播，对吧？ 当然我也观测过光斑轮廓，如果寻找多模，通常是要改变输入激光的入射角度以便激发高阶模。
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12楼2013-09-08 21:54:27
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lpszk

铁杆木虫 (著名写手)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
简单的说，每种模式对应一种能量在波导中的分布或者传播形式。通常实验观测到的光斑是几种模式叠加出来的光强分布。
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13楼2013-09-09 22:12:10
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亮亮1283

新虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
引用回帖:
12楼: Originally posted by cityhawk at 2013-09-08 21:54:27
感谢大家的讨论。举个基模的例子，三维的基模场分布是个高斯分布，即这种模式的光能量在波导截面上也是个高斯分布，可以沿波导稳定传播，对吧？ 当然我也观测过光斑轮廓，如果寻找多模，通常是要改变输入激光的入射 ...

那就是说给定波导后，其可以允许的模式就定了。而波导实际传播的模式却要看此时的外界的条件，比如入射光的波长，发散角等等。
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14楼2013-09-12 17:50:08
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zcw33222

新虫 (小有名气)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
模的激发和光在波导中的传播是一个很复杂的过程，大部分书上只是其简化模型，方俊鑫老先生研究过其深刻机制。楼主可以看下他的那本《光波导物理基础》，蛮不错的
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15楼2013-11-19 10:07:18
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孙?�730

至尊木虫 (知名作家)
★
小木虫: 金币+0.5, 给个红包，谢谢回帖
是否可以参考衍射级数的讲解方法
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16楼2013-11-19 12:09:56
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简单回复
zhoupeng872楼
2013-09-07 11:29   回复  
cityhawk(金币+1): 谢谢参与
小米粒-cc17楼
2014-10-17 13:57   回复  
祝福
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