阶跃型光纤和渐变型光纤介绍


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纤根据折射率在横截面上的分布情况可以分为:阶跃型光纤(Step-Index Fiber,SI)、渐变型光纤(Graded-Index Fiber,GI)

阶跃型光纤的纤芯折射率为n1,在包层上突变为n2,而渐变型光纤的纤芯折射率不是常数,其越到纤芯中心越大,沿纤芯半径向往外呈抛物线逐渐减小,直到包层中变为n。

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阶跃型光纤

阶跃型光纤纤芯和包层的折射率是均匀分布的,纤芯折射率为n1,包层折射率为n2,且n1>n2,使输入的光线在纤芯一包层交界面上不断产生全反射,在纤芯中沿着光纤轴心以“之”字向前传输。

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因为纤芯到包层的折射率是突变的,类似一个台阶,所以称为阶跃型折射率光纤,简称阶跃光纤,也称突变光纤。

光学分析:       

如下图所示,只有光线入射角θi < θmax时,进入纤芯的光线才会在芯包界产生全反射,在纤芯中进行传输,当θi > θmax时,光线会进入包层损失掉。 

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在多模阶跃型光纤中,虽然入射光在输入端是以相同的速度同时进行传输,但不同入射角的光线传输路径不同,所以到达终端的时间不同,因而产生时延差,使光脉冲得到展宽,这种称为光纤的模间色散,光纤传输的模式越多,散布的脉冲越多,这大大的限制了光纤的传输容量,所以阶跃型光纤一般用于带宽较窄,小容量短距离通信,比如工控。

单模光纤只传输单个脉冲的光,所以单模光纤都采用阶跃型。


渐变型光纤

渐变型光纤的纤芯折射率不是常数,纤芯折射率中心最大,沿纤芯半径向往外呈抛物线逐渐减小,直到包层中变为n。在渐变型光纤中,光线传输的轨迹近似正弦波。

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    光学分析:       

在多模渐变型光纤中,虽然入射光以不同模式在光纤中以不同的路径传输,有的路径长有的路径短,但是在不同折射率下,光的传输速率是不一样的,即靠近轴心的传输速度慢,远离轴心的传输速度快。

因此可以选择适当的折射率分布形式,让光线在渐变型光纤中传输时不断进行调整,使不同入射角的光线有大致相同的光程,从而使光线几乎可以同时到达终点,这样就可以解决模间色散的问题,提高光纤带宽,增加传输距离。

 

阶跃型&渐变型光纤对比

 

以上就是阶跃型和渐变型光纤的介绍。 



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