光纤通信：模场直径和截止波长

到底是单模传输还是多模传输，取决于光在光纤中可以传输模式的多少。这不仅与光纤的纤芯直径有关，纤芯直径只是满足了物理条件。而要保证在单模光纤中仍然是单模传输，即只传输基模，光波长大于截止波长也是要求之一。

在这里，为了理解截止波长，我们先说一说模场直径。

我们把模场直径的定义为：最大光强的1/(e^2)的各点中两点的最大距离。单模光纤的的模场直径一般要比纤芯直径略大，比如说1550nm典型值：10.5±1.0μm。

另外，光波的模场直径与其波长的大小有关。短波长的模场直径比较小，长波长光的模场直径比较大。当波长较小时，小到它对应的模场直径比纤芯直径还要小时，就会导致光纤不仅可以传输基模，还可以传输其他的高阶模，如下图示意。

此时，当所要传输的这个波，小于这个波长（模块直径比纤芯还要小）时，对于这个光纤来说，它就不再是单模传输了。而当光波长较大到它的模场直径大于光纤直径时，可以保证光在光纤中只传输一种模式。我们把这种情况称之为单模光纤中的单模传输。

最后，我们就可以这样理解并定义截止波长：保证单模光纤只传输一个模式（基模）的最短波长。反过来说，小于该波长之下（模场直径小于纤芯直径），单模光纤就会传播多种模式(包含高阶模等)的光，虽然是单模光纤，但并不是单模传输。