模斑尺寸

单模光纤的模斑尺寸是光纤芯径、析射率分布及工作波长的函数，被称为单模光纤的万能参数。

定义大多数折射指数剖面（包括阶梯分布）光纤的主模的径向场分布都近似为Gauss分布，在r=w处场强下降到中心，r=0处的1/e，功率密度，即强度，下降至中心r=0处的。w的大小反映了光纤横截面内场的分布情况，常称模斑尺寸。

作用单模光纤的模斑尺寸是光纤芯径、析射率分布及工作波长的函数。在弱导单模光纤中，电磁场的径向分布可近似用高斯函数来描述，因而只需要单一参数—模斑尺寸，即可表达单模光纤中的电磁场径向分布。

对单模光纤而言，模斑尺寸具有非常直观的物理意义。模斑尺寸的大小决定了二根单模光纤对接时接头损耗的大小，也决定了光纤的弯曲和微弯损耗大小，还可由模斑尺寸谱（即不同波长下的模斑尺寸大小）决定单模光纤的截止波长、波导色散及单模光纤的等效突变折射率分布等等参数，因而被称为单模光纤的万能参数。

基模模斑尺寸决定了单模光纤连接损耗和微弯损耗，从理论上定义了等效阶跃折射率光纤。它和实际光纤在大于截止波长的任意波长上都有同样的模斑尺寸。他从理论上论证了等效阶跃折射率（ESI）光纤具有和实际光纤几乎同样的传播常数和弯曲损耗，而且模斑尺寸的测量可以很好地预知模色散。由模斑尺寸和ESI光纤也可确定后向散射特性。1

测量系统可以采用测量径向偏离引起藕合效率的变化来测量模斑尺寸。图为测量系统原理图。

图中采用了波长为1.3微米的半导体激光二极管。直流电流经稳压、稳流并与音频信号发生器产生的1KHz正弦信号组合后，加到半导体激光二极管上，并可采用稳功率措施来稳定半导体激光二极管的输出功率。本测试中，考虑到完成每次测量仅需10秒钟左右，且仅需归一化祸合效率即可定出模斑尺寸，因而没有采用特殊的稳定措施。

测量中仅要求单模光纤(1)中有1微瓦左右功率，从多模光纤到单模光纤的接头约引入13dB的损耗，因而对激光二极管输出功率要求不高。单模光纤端面要平整，且与其轴线垂直。实验中采用光纤烧热手工制备样品的办法，并用6JA干涉显微镜检查端面质量，速度较快，可符合测试要求。

半导体激光二极管产生的1.3微米调制光信号经多模一单模光纤接头藕合到单模光纤(1)，再通过自动扫描装置藕合到单模光纤(2)，用PIN二极管进行检测。接收信号经锁相放大后送到x-y记录仪的Y轴。自动扫描装置及位移测量显示装置产生的光纤径向偏离量信号输入到x-y记录仪的X轴，于是在x-y记录仪上自动连续地记录了祸合效率与径向偏离的关系曲线。

自动扫描装置由微调架及可逆马达组成。这一装置除五维可调外，其中一维经变速装置由马达带动可以作连续自动扫描。可逆马达由扫描驱动电路控制，用带测头的电感测微仪组成位移测量显示装置，可直接显示径向偏离量并同时把径向偏离量转换成电信号加到x-y记录仪的X轴，电感测微头重复测量误差小于0.03微米。

测量时，首先仔细调节二根光纤位置，使检测一器输出为最大，尤其要注意尽量减小二条光纤间的倾角。对二根相同的单模光纤而言，可得到的最大功率耦合系数约为85%。在达到最大输出后，由自动扫描装置使光纤(2)在一径向进行扫描。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学