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单模光纤的折射率分布

2015-3-24 08:32| 发布者: admin| 查看: 2968| 评论: 0
摘要: 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 ...
    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,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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