階躍折射率光纖

階躍折射率光纖是具有階躍型折射率分布的一類光纖。

光纖的纖芯折射率高於包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產生全反射而前進。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的，只有一個台階，所以稱為階躍型折射率多模光纖，簡稱階躍光纖，也稱突變光纖。

中文名稱	階躍折射率光纖
英文名稱	step-index fiber
定　　義	具有階躍型折射率分布的一類光纖。
套用學科	通信科技（一級學科），光纖傳輸與接入（二級學科）

基本介紹

• 中文名：階躍折射率光纖
• 外文名：step index fiber
• 簡稱：階躍光纖

詳細介紹

光纖按折射率分布情況分：階躍型和漸變型光纖。

光纖可以具有不同的折射率分布。除了光在空氣玻璃截面上傳輸的光纖之外，最簡單的折射率分布為長方形的分布，光纖的纖芯折射率高於包層折射率，使得輸入的光能在纖芯一包層交界面上不斷產生全反射而前進。這種光纖纖芯的折射率是均勻的，包層的折射率稍低一些。光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的，只有一個台階，所以稱為階躍型折射率多模光纖，簡稱階躍光纖，也稱突變光纖。這種光纖的傳輸模式很多，各種模式的傳輸路徑不一樣，經傳輸後到達終點的時間也不相同，因而產生時延差，使光脈衝受到展寬。所以這種光纖的模間色散高，傳輸頻帶不寬，傳輸速率不能太高，用於通信不夠理想，只適用於短途低速通訊，比如：工控。但單模光纖由於模間色散很小，所以單模光纖都採用突變型。這是研究開發較早的一種光纖，現在已逐漸被淘汰了。

套用

階躍折射率分布的假設通常用於光纖光學的計算中，然而標準的製造技術通常得到的光纖折射率分布更加複雜。尤其是在製備預製棒過程中優先蒸鍍摻雜物通常會導致折射率分布中心存在凹陷（假設預製棒是由化學氣相沉積方法製作的）。對於與階躍折射率分布相差較遠的折射率分布光纖來說，可以定義有效階躍折射率分布，可以得到與實際分布類似的模式性質。

傳播模式

階躍折射率光纖的傳播模式可以用貝塞爾函式來描述，然後再乘以指數相位因子exp(i β z)表征縱向的相位變化。如果考慮到徑向的變化，纖芯處的場強度正比於第一類的零階貝塞爾函式，包層部分由第二類的修正貝塞爾方程描述。模式函式和其一階導數通常在纖芯-包層界面處是連續的。

很多光纖參數，尤其是數值孔徑和V值，最初都只是對階躍折射率光纖而言的，當然其它類型的光纖可以採用相應的有效值。當V值很大時，模式數目正比於V。

光纖製造中的一些技術可能導致折射率偏離階躍折射率分布。有些情況下，認為的利用這一性質來實現特定的導波特性。例如，纖芯和包層之間的某一區域折射率降低可以引入額外的截止波長，高於該波長時傳輸損耗變得很大。