微扰理论下弯曲阶跃折射率光纤中的轨道角动量模式混合

在微扰理论框架内，我们详细探究了阶跃折射率多模光纤中由于光纤弯曲引起的轨道角动量（OAM）模式混合。利用标量波动方程，我们导出了一套完整的模式混合解析表达式，包括 $2\pi$ 走离长度——即 OAM 模式在弯曲光纤中传播直至转变为其负拓扑荷对应模式、再变回自身所经过的距离。所得结果深入揭示了弯曲效应的本质，清晰呈现出对弯曲半径与拓扑荷的数学依赖关系。我们以少模光纤与多模光纤为应用对象对理论结果进行了数值模拟，并计算了弯曲诱导的模式串扰，这对模式复用系统具有意义。所提出的微扰方法具有足够的普适性，可适用于椭圆度等其他微扰，并易于推广至环形光纤等具有类阶跃折射率剖面的其他光纤。