[科普中国]-梯度光纤

梯度光纤，亦称渐变光纤，是指横截面上纤芯区折射率渐变或梯度分布（如抛物线形）的光纤。多模光纤大多是梯度光纤。梯度多模光纤的传输带宽比阶跃多模光纤的大得多，可达1000兆赫·千米以上，而阶跃多模光纤的传输带宽仅为50兆赫·千米。1

简介光纤的特性是由它的折射率分布所决定的。光纤横截面上的折射率一般都是圆对称的，它只和径向坐标有关。根据纤芯折射在横截面上的分布形状来划分时，有阶跃型光纤和梯度型两种。阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变。纤芯的折射率和包层的折射率均是常数。梯度型光纤纤芯的折射率随着半径的增加而按一定的规律（如平方律、双正割曲线等）逐渐减小，到纤芯与包层交界处变为包层折射率，纤芯的折射率不是均匀常数。2

渐变型光纤能减少模间色散，提高光纤带宽，增加传输距离，但成本较高。多模光纤多为渐变型光纤。由于高次模和低次模的光线分别在不同的折射率层界面上按折射定律产生折射，进入低折射率层中，因此，光的行进方向与光纤轴方向所形成的角度将逐渐变小。同样的过程不断发生，直至光在某一折射率层产生全反射，使光改变方向，朝中心较高的折射率层行进。这时，光的行进方向与光纤轴方向所构成的角度，在各折射率层中每折射一次，其值就增大一次，最后达到中心折射率最大的地方。在这以后，与上述完全相同的过程不断重复进行，由此实现了光波的传输。可以看出，光在渐变光纤中会自动地进行调整，从而最终到达目的地，这叫做自聚焦。

其他类型光纤折射率分布，这里主要指的是梯度光纤的折射分布,是光纤的一个非常重要的参数。因此,光纤折射率分布的测试，就是光纤测试中的重要组成部分。有各式各样的测光纤折射率分布的方法。若按横截面上的折射率分布情况，可将光纤分为突变型 (或阶跃型)、渐变 型(或梯度型) 以及三角形等。三角形是渐变型光纤的一种特例。突变型光纤(Step Index Fiber，SIF) 的纤芯折射率高于包层折射率，使得输 入的光能纤芯至包层的交界面上不断产生全反射而前进。这种光纤纤芯的折射率 是均匀的，包层的折射率稍低一些。在突变型光纤中，纤芯到玻璃包层的折射率是突变 的，只有一个台阶，所以也称为突变型折射率多模光纤，简称突变光纤，也称阶跃光纤。这种光纤的传输模式很多，各种模式的传输路径不一样，经传输后到达 终点的时间也不相同，因而产生时延差，使光脉冲受到展宽。所以这种光纤的模间色散高，传输频带不宽，传输速率也不能太高，只适用于短途低速通信，比如 工控。这是研究开发较早的一种光纤，已逐渐被淘汰了。

光纤光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝。一根标准的光纤 包括光导纤维、缓冲层、加强层和外护套几个部分。其中每个部分都有其特定的 功能，以保证数据能够可靠传输。微细的光纤封装在塑料护套中，使得它能够弯曲而不至于断裂。通常，光纤的一端的发射装置使用发光二极管（light emitting diode,LED）或一束激光将光脉冲传送至光纤，光纤的另一端的接收装置使用光敏元件检测脉冲。

多模光纤将光纤按工作波长以其传播可能的模式为多个模式的光纤称作多模光纤（MMF：MUlti ModeFiber）。纤芯直径为50μm，由于传输模式可达几百个，与SMF相比传输带宽主要受模式色散支配。在历史上曾用于有线电视和通信系统的短距离传输。自从出现SMF光纤后，似乎形成历史产品。但实际上，由于MMF较SMF的芯径大且与LED等光源结合容易，在众多LAN中更有优势。所以，在短距离通信领域中MMF仍在重新受到重视。MMF按折射率分布进行分类时，有：渐变（GI）型和阶跃（SI）型两种。GI型的折射率以纤芯中心为最高，沿向包层徐徐降低。由于SI型光波在光纤中的反射前进过程中，产生各个光路径的时差，致使射出光波失真，色激较大。其结果是传输带宽变窄，SI型MMF应用较少。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学