[科普中国]-渐变折射率光纤

定义

多模渐变折射率光纤纤芯中的折射率是连续变化的，它随纤芯半径r的增加按一定的规律减小。采用渐变折射率光纤的目的是减少多模光纤的模式色散1。

多模渐变折射率光纤中，相对折射率差定义为：

n(0),n2分别是r=0出的包层的折射率。

导光原理与阶跃折射率光纤的情况类似，渐变型折射率光纤中光纤与轴线夹角大的光线经过的路径要大一些，然后由于折射率的变化，光纤速度沿着传播路径也要发生变化，沿着轴线传播的光线尽管路径最短，但传播速度却最慢，而与轴线成一定夹角的光线由于大部分路径在较低折射的介质内，所以传播速度最快，这样通过选择合适的折射率分布就有可能使所有光线同时到达光纤输出端。

本地数值孔径在渐变折射率光纤中，由于纤芯的折射率不均匀，光射线的轨迹不再是直线而是曲线。适当选取纤芯的折射率的分布形式，可以使不同入射角的光线有大致相等的光程，从而大大减少多模光纤模式色散的影响，原因如下：以不同入射角进入纤芯的光射线在光纤中传过同一距离时，靠近光纤轴线的射线所走的路程短，而远距离轴线所走的路程长，由于纤芯的折射率是渐变的，n(r)随r的增加而减小，所以近轴处的光速慢，远轴处的光速块。当折射率指数g取最佳值时，就可以使全部子午射线以同样的轴向速度在光纤中传输，这对模式色散起到了均衡作用，从而消除模式色散，即自聚焦，这种光纤称为自聚焦光纤。

由于渐变折射率光纤纤芯折射率是变化的，所以纤芯端面上不同点的集光能力不同，因此在渐变折射率光纤中引入了本地数值孔径的概念，他是指光纤端面上某一点的数值孔径，表征了渐变折射率光纤端面上某一点的集光能力的大小。表达式为：

本地数值孔径与该点得折射率有关，该点折射率越大，本地数值孔径越大。