多模梯度折射率塑料光纖帶寬的分析

中國(guó)注塑網(wǎng)

光纖通信技術(shù)是信息領(lǐng)域中十分引人矚目的課題，高速多媒體網(wǎng)絡(luò)的形成使人們對(duì)光纖技術(shù)有了新的思考與開發(fā)，網(wǎng)絡(luò)中聲音、圖片等各類多媒體信號(hào)多路傳輸?shù)男枨笫箮捈眲≡黾印１M管石英光纖（GOF）的傳輸帶寬大大超過雙絞線和同軸電纜，性能優(yōu)越，但是GOF系統(tǒng)的成本高、連結(jié)復(fù)雜，并不適合于終端用戶網(wǎng)。塑料光纖（POF）的特點(diǎn)恰恰彌補(bǔ)了GOF的缺點(diǎn)，因而可以成為短距離中小容量網(wǎng)絡(luò)中的最佳傳輸煤質(zhì)?！　《嗄Ｌ荻日凵渎仕芰瞎饫w（GI-POF）是POF研究領(lǐng)域近十年來的新進(jìn)展\它較之傳統(tǒng)的多模階躍折射率塑料光纖（SI-POF）擁有更優(yōu)越的性質(zhì)，尤其在帶寬方面提高了1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，PM-MA多模GI-POF帶寬可達(dá)3GHz.100m，氟化物多模GI-POF帶寬高達(dá)10GHz.100m以上2，因此研究多模GI-POF帶寬性質(zhì)對(duì)塑料光纖的產(chǎn)品開發(fā)有很好的指導(dǎo)作用。本文結(jié)合WKB法就影響多模GI-POF帶寬性質(zhì)的各種因素進(jìn)行了分析，給出了較佳折射率指數(shù)g的范圍，分析了實(shí)測(cè)帶度高于理論帶度的原因1色散與帶寬一個(gè)光脈沖在光纖中傳輸，由于受到光纖材料的色散特性、光纖折射率分布、光纖中的模式分布、光源的波長(zhǎng)和光譜寬度等因素的影響，使脈沖產(chǎn)生延遲畸變，脈沖波形發(fā)生展寬。色散的大小直接關(guān)系到光纖的帶寬。影響多模GI-POF帶寬的因素有模間色散材料色散波導(dǎo)色散、剖面色散、微分模式衰減等。材料色散和波導(dǎo)色散都與光源的譜寬成正比，所以又總稱為模內(nèi)色散（波長(zhǎng)色散或頻率色散）材料色散是由光纖材料的折射率隨入射光波長(zhǎng)變化而產(chǎn)生的，由材料的折射率光譜寬度及波長(zhǎng)共同決定，即的二次導(dǎo)數(shù)?！　√荻日凵渎使饫w的折射率呈冪函數(shù)分布n1為纖芯中心的折射率，m2為包層折射率。可由Sellmeier色散關(guān)系3得到n1和n2與波長(zhǎng)的關(guān)系河北省科技專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目散。梯度折射率光纖最佳折射率分布為2.gpt=2-2niPINi- gopt稱為最佳折射率指數(shù)；P稱為剖面色散（profiledispersion），其大小取決于相對(duì)折射率差A(yù)與波長(zhǎng)X的關(guān)系。　　模色散包括模間色散和模內(nèi)色散。由模間色散和模內(nèi)色散引起的脈沖展寬決定了光纖的-3dB帶寬為f為脈沖的均方根寬度，表示為（9）模間色散是由于光脈沖傳輸?shù)母髂Ｊ揭圆煌娜核俣仍诙嗄９饫w中進(jìn)行，不同的模式到達(dá)光纖終端時(shí)在時(shí)間上產(chǎn)生一定間隔，使脈沖展寬。模間脈沖展寬定義為由WKB法分析可得導(dǎo)模傳播常量U的本征方程輸，最高階模比最低階模的損耗增加了17dB.考慮微分模式衰減后帶寬特性和脈沖輸出波形的計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果完全相符，這說明微分模式衰減是導(dǎo)致GI-POF帶寬增加的主要原因?！　?結(jié)論本文通過對(duì)多模GI-POF色散與帶寬的理論分析及數(shù)值模擬，具體說明多模GI-POF可以在較寬的折射率指數(shù)范圍內(nèi)達(dá)到實(shí)際需要的帶寬?！　⊥ㄟ^選用窄線寬光源和適當(dāng)?shù)男?、包層材料以及采用合理的工藝可以獲得較高的帶寬。