单模光纤的折射率分布

2015-3-24 08:32| 编辑:电工学习网| 查看: 33255| 评论: 0

    从设计上讲，一般要求单模光纤纤芯中的折射率分布是均匀的，但由于在制造过程中出现的不完善，实际上单模光纤的折射率分布是非均匀的。下面介绍两种主要的折射率分布形式。
    1．阶跃型单模光纤折射率分布形式
    如图2-12（a）所示，阶跃型折射率分布光纤，在理想情况下纤芯和包层交界处，折射率呈阶梯型变化，从纤芯的折射率n1突变到包层的折射率n2，而且n1>n2。但实际上是渐变的，主要由两方面的原因造成。

图2-12 阶跃型单模光纤折射率分布

（1）由于纤芯材料和包层材料不同，在制造过程中，它们相互向对方扩散，渗透，使得在纤芯和包层的交界r=a处，折射率由n1逐渐变化到n2，呈“圆形”变化，如图2-12（b）所示。
（2）由于在预制棒制作过程中，形成纤芯r=0处，折射指数下陷，这就是通常所说的MCVD制造工艺所引起的一种典型缺陷，如图2-12（c）所示。
考虑了上述两种因素，折射率分布可统一表示为：

其中，是的函数。以上两种情况下的是不同的。
当在处折射率呈“圆形”变化时

则

当在r=0处，出现折射率下陷时，

则

2．下凹型单模光纤折射率分布形式
如图2-13所示，在纤芯和包层之间设立折射率比包层折射率还低的中间层，或称为内包层。采用这种结构形式是为了减小单模光纤的色散，可以使材料色散和波导色散相互抵消。

图2-13下凹型单模光纤折射率分布

一般，单模光纤的纤芯直径2a=4~10μm；内包层直径2s为几微米；外包层直径2b=125μm。
这种下凹型折射率分布形式，分析起来比较困难，下面主要讨论理想情况下的阶跃单模光纤。对于上面实际的渐变型单模光纤，有各种近似解法，其中之一是采用等效光纤的近似分析方法，将真实的光纤等效为一理想的阶跃型光纤，这样既可用前面已讨论过的阶跃光纤特性分析。具体的等效近似方法不在赘述。

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