深入探討單模光纖與多模光纖的區別

2020-11-27 電子發燒友

深入探討單模光纖與多模光纖的區別

胡薇 發表於 2018-08-21 17:13:51

單模與多模的概念是按傳播模式將光纖分類──多模光纖與單模光纖傳播模式概念。我們知道，光是一種頻率極高(3×1014Hz)的電磁波，當它在光纖中傳播時，根據波動光學、電磁場以及麥克斯韋式方程組求解等理論發現：

當光纖纖芯的幾何尺寸遠大於光波波長時，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播，如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等(其中m、n=0、1、2、3、……)。其中HE11模被稱為基模，其餘的皆稱為高次模。

(1) 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1μm)，光纖中會存在著幾十種乃至幾百種傳播模式。不同的傳播模式具有不同的傳播速度與相位，導致長距離的傳輸之後會產生時延、光脈衝變寬。這種現象叫做光纖的模式色散(又叫模間色散)。

模式色散會使多模光纖的帶寬變窄，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。其纖芯直徑約在50μm左右。

(2) 單模光纖

當光纖的幾何尺寸(主要是芯徑)可以與光波長相近時，如芯徑d1 在5～10μm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。

由於它只有一種模式傳播，避免了模式色散的問題，故單模光纖具有極寬的帶寬，特別適用於大容量的光纖通信。因此，要實現單模傳輸，必須使光纖的諸參量滿足一定的條件，通過公式計算得出，對於NA=0.12 的光纖要在λ=1.3μm以上實現單模傳輸時，光纖纖芯的半徑應≤4.2μm，即其纖芯直徑d1≤8.4μm。

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。

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