單模光纖和梯度折射率光纖的結(jié)構(gòu)

光纖通信目錄2.5單模光纖2.6梯度折射率光纖的結(jié)構(gòu)122.5.1結(jié)構(gòu)2.5.2模場(chǎng)直徑2.5.3單模光纖中的傳播模單模光纖是指光纖纖芯直徑很細(xì)(芯徑一般為8-12μm)，并且纖芯包層折射率差很小，只能傳一種模式的光纖。（如右圖所示）單模光纖的優(yōu)點(diǎn)：僅允許一個(gè)模式傳輸，很好的限制了高階模模間色散小適用于遠(yuǎn)程通信單模光纖的缺點(diǎn)：與光器件的耦合相對(duì)困難存在著材料色散和波導(dǎo)色散（要求光源譜寬要窄，穩(wěn)定性要好）。在1.31μm波長(zhǎng)處，單模光纖的總色散為零。從光纖的損耗特性來(lái)看，1.31μm處正好是光纖的一個(gè)低損耗窗口。這樣，1.31μm波長(zhǎng)區(qū)就成了光纖通信的一個(gè)很理想的工作窗口，也是現(xiàn)在實(shí)用光纖通信系統(tǒng)的主要工作波段。對(duì)于單模光纖，最重要的是使其僅傳導(dǎo)一個(gè)模，即基模。光纖模的截止條件：如果一個(gè)模不再被限制于纖芯內(nèi)，則它稱(chēng)為截止，模場(chǎng)在纖芯外面不再衰減。與截止條件有關(guān)的一個(gè)重要參數(shù)是歸一化頻率V，其定義式為歸一化頻率V是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)，它決定了光纖能夠傳導(dǎo)遞的模數(shù)。一個(gè)波導(dǎo)中可以存在的模數(shù)是V的函數(shù)。V也可以用歸一化傳播常數(shù)b來(lái)表示，b定義為幾個(gè)低階模的歸一化傳播常數(shù)隨V變化的曲線，如下圖光纖歸一化頻率V還可以表示為式中2.405是最低階Bessel函數(shù)J0=0時(shí)的值。在V<=2.405時(shí)，只有基模傳導(dǎo)，所有的其他模均被截止，從而實(shí)現(xiàn)單模傳輸。單模光纖材料選擇與設(shè)計(jì)實(shí)例如課本例2.12、例2.13。（在特定波長(zhǎng)下，纖芯、包層的折射率以及直徑的選擇）單模光纖的模場(chǎng)直徑對(duì)于多模光纖，描述信號(hào)傳輸特性的參數(shù)為纖芯直徑和數(shù)值孔徑。單模光纖描述信號(hào)傳輸特性的一個(gè)主要參數(shù)就是模場(chǎng)直徑（MFD）。模場(chǎng)直徑有基模的模場(chǎng)分布決定。它是光源波長(zhǎng)λ、纖芯直徑d、及折射率剖面的函數(shù)。因?yàn)閱文９饫w中并不是所有的光都局限在纖芯內(nèi)傳輸，所以其模場(chǎng)直徑一般不等于纖芯直徑。如下圖所示模場(chǎng)直徑定義：光強(qiáng)降低到軸心線處最大光強(qiáng)的1/(e^2)的各點(diǎn)中，其中兩點(diǎn)最大距離。模場(chǎng)直徑的作用：

預(yù)測(cè)光纖特性，如接頭損耗、彎曲損耗、截止波長(zhǎng)、及波導(dǎo)色散。模場(chǎng)直徑越小，通過(guò)光纖橫截面的能量密度就越大。當(dāng)通過(guò)光纖的能量密度過(guò)大時(shí)，會(huì)引起光纖的非線性效應(yīng)，造成光纖通信系統(tǒng)的光信噪比降低，影響系統(tǒng)性能。測(cè)量方法：

遠(yuǎn)場(chǎng)掃描、近場(chǎng)掃描、橫向位移、遠(yuǎn)場(chǎng)可變孔徑、刃緣法、以及掩模法。在這些方法中主要考慮如何近似描述光功率的分布。尋找MFD標(biāo)準(zhǔn)的方法：測(cè)量遠(yuǎn)場(chǎng)強(qiáng)度分布E2(r)。場(chǎng)分布曲線可近似為高斯函數(shù)：?jiǎn)文９饫w中的傳播模

任何單模光中都存在兩個(gè)鏈各個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)并傳播模，它們的偏振面相互正交?？梢匀我馊∷椒较蚱窕虼怪狈较蚱?。這兩個(gè)正交的偏振模中的任意一個(gè)都構(gòu)成主模，即HE11模。理想舌狀況既下，料兩個(gè)訊簡(jiǎn)并梅的模鴉局有碧相同鳳的傳巷播常坦數(shù)，悉即kx=ky。實(shí)際偶光纖催中總陣會(huì)存建在不熟完善荒的地造方，塞因此遇兩個(gè)疫模式隆會(huì)以志不同他相速凳度傳隸播，愉有效城折射縮慧率也專(zhuān)會(huì)不涉同，織這種歸現(xiàn)象萄被稱(chēng)夢(mèng)為光濫纖的詢(xún)雙折減射率抵，定演義為式中史k0是自帖由空斷間傳玩播常車(chē)數(shù)。2.肉6梯度溝折射嫩率光華纖的窮結(jié)構(gòu)階躍漏光纖宮中的翼折射冷率分棚布為:梯度御型光升纖折傳射率榴分布足為:式中a為纖腿芯半掛徑,α取值處范圍波為1到∞濃。當(dāng)a?壘10時(shí)，松折射磚率分從布為洋階躍狼型，僅α=1時(shí)為哄三角附型，行梯度巡壽光纖尤中通恨常取蛛α≈2，即求按平佳方律節(jié)分布均。一片般其佩包層扒折射枕率為懼一常施數(shù)。定義灰相對(duì)餓折射跌率差在石順英光戴纖中鼻，n1≈1旁.5，?蹦≈0.送01糾,即包登層折篇射率嫂僅比蔑纖芯蚊略低盒一點(diǎn)犧。局部冒數(shù)值季孔徑芬定義恒式：上式謝中N墻A（傻0）祥是中勇心軸嗓的數(shù)膽值孔販徑。梯度買(mǎi)折射幅率光造纖中杰傳導(dǎo)皇模的懼總數(shù)少為：其中膝k=倆2π仿/λ案。不同殺α值飲折射壯率剖餡面的說(shuō)