在光纤中,光线的传播路径与光纤纤芯和包层折射率的分布有关。图2.3所示为两种典型光纤的折射率分布情况。一种称为阶跃折射率光纤;另一种称为渐变折
射率光纤,分别如图2.3(a)和图2.3(b)所示。
[图片]图2.3 光纤的折射率分布
(1)阶跃型(均匀型)光纤的折射率分布
图2.3(a)所示是阶跃型光纤抛面的折射率分布图,其可用下面关系式表示。
其中n1, n2分别是光纤纤芯折射率和薄层折射率;a和b分别是光纤纤芯半径和包层半径。
可见阶跃(Step Index,SI)多模光纤折射率n1在纤芯保持不变,到包层突然变为n2。
(2)渐变光纤(非均匀型)的折射率分布
[图片]
式中,n(0)是r=0时纤芯中心的折射率;g是折射率分布指数,它取不同的值,折射率分布即不同;r是离开光纤中心的距离,a和b分别是光纤纤芯半径和包层半径;Δ为相对折射率指数。
通常,n1和n2的值相差很小,也就是说Δ很小,我们将这种Δ很小的光纤叫做弱导光纤,在弱导光纤中,相对折射率指数Δ可近似写为
Δ≈(n1−n2)/n1 (2.4)
可见渐变(Graded Index,GI)多模光纤折射率不像阶跃多模光纤那样是个常数,而是在纤芯中心最大,沿径向往外按抛物线形状逐渐变小,直到包层变为n2。
光在阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的传播轨迹分别如图2.4和图2.5所示。
从上面两个图可见,光线在阶跃折射率光纤中的的传播轨迹近似于折线,而在渐变折射率多模光纤中的传播轨迹近似于正弦曲线。