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在光纤通信领域,阶跃折射率光纤是最基础的光波导结构之一。通过Matlab模拟其光场分布,可以直观理解光在纤芯与包层中的传输特性。
圆柱坐标系下的阶跃折射率光纤具有明确的边界条件:纤芯折射率恒定且高于包层。模拟时通常需要求解亥姆霍兹方程,得到特定模式(如LP模)的电场分布。关键参数包括归一化频率V值、纤芯半径以及折射率差,这些参数决定了光纤支持的模式数量与分布形态。
对于基模LP01,光场呈高斯分布,能量集中在纤芯中心;而高阶模会出现场强节点或环形分布。通过调整折射率剖面和波长参数,可以观察模式截止现象——当V值低于某模式的截止频率时,该模式无法在光纤中稳定传输。
这种模拟不仅验证了光纤的模式理论,还可为后续分析色散、非线性效应等提供可视化基础。需要注意的是,实际计算需处理贝塞尔函数及其导数的数值解,这是模拟精度的重要保障。