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[转贴] 光纤按照不同的方法分类

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发表于 2011-5-21 16:04:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
光纤的种类繁多,但就其分类方法而言大致有四种,即按光纤剖面折射率分布分类,按传播模式分类、按工作波长分类和按套塑类型分类等。& H7 l5 t( L; _( v: g
此外按光纤的组成成份分类,除目前最常应用的石英光纤之外,还有含氟光纤与塑料光纤等。  t5 z# D6 N7 g% f. ^6 a6 h7 S
1、按折射率分布分类──阶跃光纤与渐变光纤2 c4 C% s# n& u( o6 v$ x
① 阶跃光纤5 N5 }3 {0 x7 `$ P) T
所谓阶跃光纤是指:在纤芯与包层区域内,其折射率分布分别是均匀的,其值分别为n1 与n2,但在纤芯与包层的分界处,其折射率的变化是阶跃的,如图2.2 所示。
% N- t( O2 C5 N' w
2 W$ W+ l) v/ W$ ?/ w1 ]7 {其折射率分布的表达式为:8 X' A( b! x& {" N
* k- W! t) e' M& p$ M3 \( K
阶跃光纤是早期光纤的结构方式,后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤所取代(因渐变光纤能大大降低多模光纤所特有的模式色散),但用它来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。8 v" _) b- h. d) }$ T
而现在当单模光纤逐渐取代多模光纤成为当前光纤的主流产品时,阶跃光纤结构又作为单模光纤的结构形式之一。1 Y3 |+ v, c3 p9 C4 }+ o
② 渐变光纤) [0 Q' l6 q6 Y+ g, G
所谓渐变光纤是指:光纤轴心处的折射率最大(n1),而沿剖面径向的增加而逐渐变小,其变化规律一般符合抛物线规律,到了纤芯与包层的分界处,正好降到与包层区域的折射率n2 相等的数值;在包层区域中其折射率的分布是均匀的即为n2。如图2.3 所示。8 C3 g$ R+ V  Q" r$ c

/ o3 p- {9 j- \, `& w其中:
: x2 @9 n* X- N# Tn1 为光纤轴心处的折射率
- V( {" o5 k+ a1 _& u7 dn2 为包层区域折射率5 n7 G' m& z6 l4 @" H. T
a1为纤芯半径3 v6 Z% B0 \) E; p0 T/ }5 v
称之为相对折射率差% K% `0 e  w4 G, Q0 z8 c( |
至于渐变光纤的剖面折射率为何做如此分布,其主要原因是为了降低多模光纤的模式色散,增加光纤的传输容量,详见§2.4 部分。1 L" K& }: B1 z& [8 F2 D  p4 f4 b
2、按传播模式分类──多模光纤与单模光纤
- {+ Q/ d$ ^% i3 i' |传播模式概念% [- \0 Z- [1 |  ?0 B
我们知道,光是一种频率极高(3×1014 赫兹)的电磁波,当它在波导──光纤中传播时,根据波动光学理论和电磁场理论,需要用麦克斯韦式方程组来解决其传播方面的问题。而通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现,当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时,光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播,如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等(其中m、n=0、1、2、3、……)。其中HE11模被称为基模,其余的皆称为高次模。
( Y1 c* l& r( d! ~; k5 [; z① 多模光纤
: R8 T1 t2 p3 M$ G当光纤的几何尺寸(主要是纤芯直径d1)远远大于光波波长时(约1 微米),光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会具有不同的传播速度与相位,因此经过长距离的传输之后会产生时延,导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散(又叫模间色散)。
& ~/ s% u0 U  l计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为2,其中V 为归一化频率。例如当V=38时,多模光纤中会存在三百多种传播模式。模式色散会使多模光纤的带宽变窄,降低了其传输容量,因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径d1,大约在50 微米左右。

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