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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 08:04:02 | 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。
& R) ?; N1 m6 O3 |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。- a& P) J( v  t3 M* X! b
1、按折射率分布分类──阶跃光纤与渐变光纤
" m3 O2 ^, O# l1 L& N* v6 w& U① 阶跃光纤
0 X. N/ v8 h# q" x0 p# j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。- g- H+ l$ R& @- c

$ ?9 U& y2 l; ~+ k其折射率分布的表达式为:
: ^- y- q0 j8 T6 ?; `+ I" H) c( g* p) m. u: y% u$ q3 D. B0 l1 F3 V
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。
9 K" N( g, ^  R$ n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。
% y% x1 e1 f/ _# w② 渐变光纤
; o8 d. L9 Z0 t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。
  E: Y# S* A1 w3 C2 C3 h# p) ~" Q& r7 v. w
其中:
0 I. M1 s$ S6 k: Dn1 为光纤轴心处的折射率9 M  O5 p& t% K  ?0 l
n2 为包层区域折射率
0 h+ D6 Y) _* W4 P  A. r" [a1为纤芯半径/ ]. t% s* q  T$ y# S( }
称之为相对折射率差
! k2 W( }$ o3 Z( Y2 d1 r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。; q' ]7 C) l" V
2、按传播模式分类──多模光纤与单模光纤
  {2 i( W% _$ H+ q0 h3 _传播模式概念% c# S, U! Q9 ]# ]7 E* ]: f9 [
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。
- v4 E0 M0 `" N0 Q9 S  I) d① 多模光纤7 ]) K# G) o, _. [. 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)。
8 H, i+ ~, R+ j; ^5 P( W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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