光纖V值

光纖V值，又稱光纖歸一化頻率，是指光波導電磁模式的截止頻率對光纖波導結構量的比值。

基本介紹

• 中文名：光纖V值
• 別名：光纖歸一化頻率
• 性質：通信術語

簡介

光纖V值即“光纖歸一化頻率”。約定用字母V表示。光波導的重要參量。光波導電磁模式的截止頻率對於光纖波導結構量的比。結構量依賴於纖芯幾何尺寸和折射率剖面。V值決定著光波導中允許chu傳輸模式的多少，V值越大，傳輸模式數目越多。當V值為2．4以下時，光纖中只能通過單一個模，即單模光纖。

光纖的歸一化頻率亦稱“V數”，表征光纖中傳輸模式的數量。眾多光纖參數可通過V數表示，如某一給定波長下模式的數量，模式的截止條件，以及傳輸常量等。例如，躍階折射多模光纖的引導模式數量是V/2。對於給定的波長，當V<2.405時，躍階折射光纖轉化為單模光纖。V的數值為右圖所示。

V的數值

其中a是纖芯半徑，n_core是纖芯折射率，n_clad( <n_core)是包層折射率。

來源

是光波導的重要參量。因與光波頻率成正比，故得名。

多模光纖與單模光纖中的光纖V值

多模光纖

當光纖的幾何尺寸（主要是纖芯直徑 d1）遠遠大於光波波長時（約 1 微米），光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式會具有不同的傳播速度與相位，因此經過長距離的傳輸之後會產生時延，導致光脈衝變寬。這種現象叫做光纖的模式色散（又叫模間色散）。計算多模光纖中傳播模式數量的經典公式為 NV=142，其中 V 為歸一化頻率。例如當 V=38 時，多模光纖中會存在三百多種傳播模式。模式色散會使多模光纖的頻寬變窄，降低了其傳輸容量，因此多模光纖僅適用於較小容量的光纖通信。多模光纖的折射率分布大都為拋物線分布即漸變折射率分布。其纖芯直徑d1，大約在 50 微米左右。

單模光纖

根據電磁場理論與求解麥氏方程組發現，當光纖的幾何尺寸（主要是芯徑）可以與光波長相比擬時，如芯徑 d1 在 5～10 微米範圍，光纖只允許一種模式（基模 HE11）在其中傳播，其餘的高次模全部截止，這樣的光纖叫做單模光纖。

由於它只允許一種模式在其中傳播，從而避免了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的頻寬，特別適用於大容量的光纖通信。

其實，準確地講要實現單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿足一定的條件，即其歸一化頻率 V ≤ 2.4048。

由於單模光纖的纖芯直徑非常細小，所以對其製造工藝提出了更苛刻的要求。