Optical Fiber में Modal Analysis क्या होता है? | Modes, V-Number Explained


Modal Analysis of Optical Fiber क्या है?

Modal Analysis का अर्थ है optical fiber में light के propagation modes को analyze करना। ये modes electromagnetic field distributions होते हैं जो core के अंदर travel करते हैं। हर mode एक specific path और angle पर fiber में travel करता है।

Modes क्या होते हैं?

  1. Modes वे अलग-अलग allowed light paths हैं जो fiber के अंदर propagate कर सकते हैं।
  2. हर mode fiber की geometry और refractive index profile पर depend करता है।
  3. Single Mode Fiber: केवल एक fundamental mode (LP₀₁) propagate करता है।
  4. Multi Mode Fiber: कई modes propagate कर सकते हैं।

Normalized Frequency (V-number)

V-number या Normalized Frequency एक important parameter है जो यह तय करता है कि कितने modes propagate कर सकते हैं।

Formula:

V = (2πa / λ) × NA

जहाँ:

  • a = Core radius
  • λ = Operating wavelength
  • NA = Numerical Aperture

Conditions:

  • यदि V < 2.405 → केवल एक mode (Single Mode)
  • यदि V > 2.405 → multiple modes (Multimode)

Types of Modes

  1. Bound Modes: Core में confined होते हैं और effectively propagate करते हैं।
  2. Leaky Modes: Partially confined होते हैं और धीरे-धीरे energy loose करते हैं।
  3. Radiation Modes: Fiber में confined नहीं रहते, बाहर leak हो जाते हैं।

Mode Field Diameter (MFD)

Mode Field Diameter वह diameter है जिसमें fiber के अंदर की maximum optical power confined होती है। यह signal की focusing और splicing efficiency के लिए important parameter है।

Modal Dispersion क्या है?

  1. Multimode fiber में different modes अलग-अलग path lengths से गुजरते हैं।
  2. इससे एक ही pulse का spreading होता है, जिसे modal dispersion कहते हैं।
  3. Disadvantage: Signal distortion और bandwidth limitation

निष्कर्ष (Conclusion)

Modal analysis optical fiber design और उसके performance को समझने के लिए essential है। V-number के माध्यम से modes की संख्या तय की जाती है और यह fiber को single mode या multimode में classify करने में मदद करता है। Modal dispersion multimode fibers में एक limitation है, इसलिए long-distance communication में single mode fibers preferred होते हैं।

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