打印本文 
关闭窗口 目前光纤的种类繁多，但就其分类方法而言大致有四种，即按光纤剖面折射率分布分类，按传播模式分类、按工作波长分类和按套塑类型分类等。
此外按光纤的组成成份分类，除目前最常应用的石英光纤之外，还有含氟光纤与塑料光纤等。
1、按折射率分布分类──阶跃光纤与渐变光纤
① 阶跃光纤
所谓阶跃光纤是指：在纤芯与包层区域内，其折射率分布分别是均匀的，其值分别为n1 与n2，但在纤芯与包层的分界处，其折射率的变化是阶跃的，如图2.2 所示。
其折射率分布的表达式为：
阶跃光纤是早期光纤的结构方式，后来在多模光纤中逐渐被渐变光纤所取代（因渐变光纤能大大降低多模光纤所特有的模式色散），但用它来解释光波在光纤中的传播还是比较形象的。
而现在当单模光纤逐渐取代多模光纤成为当前光纤的主流产品时，阶跃光纤结构又作为单模光纤的结构形式之一。
② 渐变光纤
所谓渐变光纤是指：光纤轴心处的折射率最大（n1），而沿剖面径向的增加而逐渐变小，其变化规律一般符合抛物线规律，到了纤芯与包层的分界处，正好降到与包层区域的折射率n2 相等的数值；在包层区域中其折射率的分布是均匀的即为n2。如图2.3 所示。
其中：
n1 为光纤轴心处的折射率
n2 为包层区域折射率
a1为纤芯半径
称之为相对折射率差至于渐变光纤的剖面折射率为何做如此分布，其主要原因是为了降低多模光纤的模式色散，增加光纤的传输容量，详见§2.4 部分。
2、按传播模式分类──多模光纤与单模光纤
传播模式概念
我们知道，光是一种频率极高（3×1014 赫兹）的电磁波，当它在波导──光纤中传播时，根据波动光学理论和电磁场理论，需要用麦克斯韦式方程组来解决其传播方面的问题。而通过繁琐地求解麦氏方程组之后就会发现，当光纤纤芯的几何尺寸远大于光波波长时，光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播，如TMmn模、TEmn模、HEmn模等等（其中m、n=0、1、2、3、……）。其中HE11模被称为基模，其余的皆称为高次模。
① 多模光纤
当光纤的几何尺寸（主要是纤芯直径d1）远远大于光波波长时（约1 微米），光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。不同的传播模式会具有不同的传播速度与相位，因此经过长距离的传输之后会产生时延，导致光脉冲变宽。这种现象叫做光纤的模式色散（又叫模间色散）。
计算多模光纤中传播模式数量的经典公式为
2，其中V 为归一化频率。例如当V=38时，多模光纤中会存在三百多种传播模式。模式色散会使多模光纤的带宽变窄，降低了其传输容量，因此多模光纤仅适用于较小容量的光纤通信。多模光纤的折射率分布大都为抛物线分布即渐变折射率分布。其纤芯直径d1，大约在50 微米左右。② 单模光纤
根据电磁场理论与求解麦氏方程组发现，当光纤的几何尺寸（主要是芯径）可以与光波长相比拟时，如芯径d1 在5～10 微米范围，光纤只允许一种模式（基模HE11）在其中传播，其余的高次模全部截止，这样的光纤叫做单模光纤。
由于它只允许一种模式在其中传播，从而避免了模式色散的问题，故单模光纤具有极宽的带宽，特别适用于大容量的光纤通信。其实，准确地讲要实现单模传输，必须使光纤的诸参量满足一定的条件，即其归一化频率V ≤ 2.4048。
因为
所以可以解得光纤的纤芯半径应满足下式才能实现单模传输：
其中：
a1为纤芯半径
λ为光波波长
NA为光纤的数值孔径
例如，对于NA=0.12 的光纤要在λ=1.3 微米以上实现单模传输时，光纤纤芯的半径应为
即其纤芯直径d1≤8.2 微米方可。
由于单模光纤的纤芯直径非常细小，所以对其制造工艺提出了更苛刻的要求。
打印本文 关闭窗口