定义
具有相对较大模面积和单一横向模态或只有少数模态的光纤。
对于某些应用，希望使用具有特别大有效模面积的光纤（LMA光纤） - 但通常仍具有单模引导，或最多具有很少的模式。
对于给定的光功率，大模式区域意味着光学强度降低。 因此，这种纤维有效地表现出较弱的非线性效应和较高的损伤阈值。 这使得它们适用于例如光纤放大器中强脉冲或单频信号的放大，或者用于传输此类光的无源光纤。 而标准单模光纤的有效模面积低于 100 μm2，大模区光纤可达数百甚至数千μm2 。
对于大模式区域，需要大光纤芯。 然而，大芯光纤不一定具有大模态，如果它们是强多模的；至少基本模式可能比核心小得多。
请注意，对于大模式区域，波导色散会变弱。 因此，定制大模域光纤的色散范围有限。
图1：裸（无涂层）光纤与标准纤芯尺寸（例如直径 8 μm）和大纤芯（直径 50 μm）的比较。
设计方法和限制因素
获得大模态面积的一种直接设计方法是减小数值孔径（NA），即减小磁芯和包层之间的折射率差，用于阶梯折射率光纤设计（见图2）。 然而，存在严重的局限性：引导（波导）然后变得微弱，并且光纤的小缺陷或弯曲（→弯曲损失）可能会产生重大损失。 因此，数值孔径通常不应小于约0.06，尽管在极端情况下使用低至0.04的值[39]。
图2：对于不同V值，步进折射率光纤的有效模面积与数值孔径（NA）的函数关系。 原则上，即使V=2，即通过严格的单模制导，也可以实现大模面积，但这需要使用非常小的数值孔径，这意味着对折射率不均匀性和弯曲的严重依赖性。
将这一概念应用于稀土掺杂纤维还存在其他困难。 通常需要相对高浓度的附加掺杂剂，如氧化铝或磷，例如用于减少某些淬灭效应，并且这些掺杂剂通常会增加数值孔径。 即使折射率对比度可以以某种方式降低，例如通过在一定程度上提高磁芯周围的折射率，折射率控制的精度也可能降低，这会影响实现非常大的模面积的能力。 此外，在基于大模面积光纤的高功率光纤激光器和放大器中，热透镜会导致模特性的变化，特别是有效模面积的减小[32]。
通过支持几种传播模式（→少数模式光纤）的光纤设计，可以实现更大的模式区域。 这样仍然可以在基波模式下主要引导光，因此光纤放大器的输出接近衍射极限[2，3，6]。 更关键的发射条件和光纤中的模式混合会产生严格的限制，这会破坏光束质量并导致光束指向波动[17]。
已经开发了各种更复杂的光纤设计（部分基于光子晶体光纤）和技术来应对这些挑战。 在许多情况下，人们试图为任何高阶模式引入大量的传播损耗，从而更容易在多模光纤中保持稳健的单模传播。 另一个重要方面是尽量减少不需要的模式耦合，基本上是通过在基波和高阶模式之间的传播常数上实现足够大的差异。
大模式区域的可能设计策略的一些示例包括：
- 一个人可能会强烈弯曲纤维；根据光纤设计，对于高阶模式，感应弯曲损耗可能很大，而对于基波模式来说，诱导弯曲损耗可能还不显著。 光纤设计可以在这方面进行优化。 请注意，弯曲不仅会带来损耗，还会减小有效模态面积。 对于大模面积步进折射率光纤尤其如此。 为了公平比较纤维类型，绝对必须考虑这种影响[9]。 事实证明，一些光纤设计在不弯曲的情况下具有较大的模态面积，但在弯曲时具有大大减少的模态面积，而在其他设计（例如具有抛物线折射率曲线）中，模态面积从较小的值开始，但对弯曲的敏感度要低得多。
- 所谓的手性耦合芯光纤[13，22，34]具有一个信号在其中传播的直中心芯，以及另一个螺旋缠绕在中心芯周围的纤芯。 可以仅获得螺旋核心与中心核心的高阶模态的强选择性耦合，而基本模态基本上不受影响。 这种选择性耦合的原理是，螺旋度影响传播常数，至少在某些有限的波长范围内，相位匹配只发生在耦合到高阶模态而不是基波模时。
- 其他光纤设计适用于其他类型的分流芯，如果它们具有相似的有效折射率，则不需要的高阶引导模式会谐振耦合到这些芯上。
- 在漏通道光纤[8，12]中，核心被少量大孔包围，使得所有传播模式都以非常选择性的方式泄漏，使得所有高阶模式（而非基本模式）都会经历大量的传播损失。 虽然这种光纤的早期版本已被制成带有气孔的光子晶体光纤，但固体全玻璃设计也是可能的[24]。
- 像素化布拉格纤维是所谓的布拉格纤维的改进版本，即具有满足半波堆叠条件的高折射率环序列的纤维。 在这里，高折射率环是不连续的（像素化的），使得传播损耗在高阶模式下变得很高，而在基波模式下保持低[36，38]。 这种纤维可以用堆叠和拉伸技术制造。
- 折射率控制的问题在某些情况下可以通过使用复丝芯来缓解，其中光纤芯被实现为二维细丝阵列[20]。 由于每根单丝仅表现出弱引导，因此整体结构可以表现出单模引导。 这个概念对于掺铒-镱掺杂的纤维特别有趣。
- 一个相对新颖的概念是增益引导，折射率反导向单模光纤[7，15，23，27]，这是一种有源光纤。 在这里，未泵浦的光纤不是引导（甚至反导向），因为其芯的折射率低于包层的折射率。 然而，对于足够强的泵浦，增益导向可以稳定具有高光束质量的泄漏模式。 由于这种模式的损耗随着磁芯尺寸的增加而迅速减小，如果磁芯很大，相当适中的激光增益足以实现正净增益的传播。 高阶模式也存在，但需要明显更高的增益。 当低阶模式使增益饱和时，不会达到该增益水平，因为它很容易在激光器中发生，但在高增益放大器中不一定会发生。 这一概念的最大挑战是高效泵送。 请注意，泵浦光不是通过索引结构和吸收引导甚至从掺杂的磁芯中排出的。 二极管泵浦光纤激光器已经用这个概念进行了演示[23]，但必须开发新的泵浦布置以实现高效运行。
最好的光纤设计能达到几千μm2的有效模面积 。没有严格的限制，但具有较大模式区域的设计表现出不太强大的单模传播，并且通常只能容忍非常轻微的弯曲。 似乎没有一种设计可以通过强大的单模传播来进一步大幅扩展模域。 其原因本质上是模态涉及衍射和波导的某种平衡，并且随着衍射在较大模态区域不可避免地变弱，这种平衡对任何干扰都变得越来越敏感。
接口困难
使用大模式是光纤的一个普遍问题是这些光纤与标准光纤组件不兼容。 （许多光纤组件仅提供标准模式尺寸。 当大模域光纤熔接到标准光纤时，模域中的大失配会导致接头处的功率损耗过大（请参阅有关光纤接头的文章）。 此问题有两种解决方案，但都不完全令人满意：
- 可以使用锥形光纤作为两根光纤之间的模式转换器。 锥形光纤的模数必须使一端的大模面积光纤的模数和另一端的标准光纤的模数相匹配。 然后必须做两个接头而不是一个，但每个接头的损耗都非常低。 这种方法的主要困难是需要锥形光纤，这可能不容易获得。
- 实验室实验中常用的解决方案是使用大模域光纤之间的自由空间耦合。 然后，激光谐振器可以仅由散装组件制成，而不是有源光纤。 这导致了灵活的实验室设置，然而不太适合商业用途，因为它们涉及敏感的对准并且对灰尘敏感，特别是对沉积在光纤末端的灰尘敏感。
替代解决方案：使用高阶模式
通常，大模面光纤被理解为具有用于偏振方向的单一引导模式或只有极少数模式的光纤。 然而，也可以通过利用多模光纤的高阶模态来获得大模面积[11， 21， 35]。 在实践中，人们可以首先使用长周期光纤布拉格光栅将光从基波模式耦合到特定的高阶模式。 此后，光可以在该模式下传播，例如在放大光纤中，最后可以通过另一个光纤布拉格光栅将其转换回基波模式。
使用高阶模式的优点是双重的：此类模式具有较大的有效模式面积，并且它们与其他模式的耦合较弱。 与这种高阶模式之间的耦合相关的功率损耗可能很小，并且可以针对这种耦合的宽带宽优化光纤设计。
然而，这种HOM纤维技术的困难可能来自非常不均匀的强度分布。 即使在整体非线性中等强度的状态下，这也可能导致光纤损坏，因此该方法可以解决非线性问题，但不能解决损坏问题。 此外，模场显着延伸到包层（双包层光纤情况下为内部包层），这对于放大来说并不理想。
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