57、光纤通信中的多模光纤性能分析

光纤通信中的多模光纤性能分析

1. 渐变折射率光纤优于阶跃折射率光纤的原因

阶跃折射率光纤的纤芯/包层界面就像一面近乎完美的镜子。根据斯涅尔定律，当阶跃折射率光纤内部的波以足够小的角度掠过纤芯/包层界面时，会发生全内反射，不会有能量损失。这些波在沿着光纤传播时，会在包层壁之间多次反射，这正是多模光纤工作的本质。

在简单的光线追踪图中，那些沿着光纤直线传播的模式反射次数最少，路径最短，因此延迟最小；而那些与中心纤芯夹角最大的模式延迟最大。阶跃折射率光纤中可能出现的最大色散与光纤中最慢和最快模式的传输时间比有关。斯涅尔定律限制了光在光纤中传播的最大角度，基于光线追踪类比，最大传输时间比等于(n_2/n_1)，其中(n_2)和(n_1)分别代表包层和纤芯区域的折射率。

对于典型的阶跃折射率光纤，(n_2/n_1)约等于(1.01)，即比(1)大(1\%)。在一条长度为(100m)、固有延迟为(400ns)的电缆中，阶跃折射率色散（最坏情况下的延迟差）为(400ns)的(1\%)，即(4ns)。

仔细观察光线追踪图，可以找到一种改善这种情况的方法。反射光线在光纤边缘花费的时间较多，而在纤芯中花费的时间相对较少；而中心的直线光线则相反，它在中间部分花费时间。如果人为地增加纤芯中心的折射率，中心光线会变慢，但对反射光线影响不大，这有助于平衡模式之间的延迟。此外，稍微降低纤芯边缘的折射率可以加快反射角度最大的光线。通过精心塑造折射率分布，可以在理论上大幅改善模式色散。这种在纤芯区域内折射率有逐渐、可控变化的光纤，被称为渐变折射率光纤。

2. 多模光纤标准

国际公认的(50)和(62.5µm)多模光纤的规格由(IEC 793 - 2