按光在光纤中的传输模式划分,光纤可分为多模光纤和单模光纤两种。
理论上讲,当光的传输媒体,即纤芯直径较大远大于光波波长时,光将从不同的位置,以各种不同的角度进入媒体,光在光纤中会以几十种乃至几百种传播模式进行传播。有些光线基本上沿着媒体的中线传播,有些光线则以不同的角度撞击边界面,结果是光将以有限的角度在边界面之间来回反弹沿着传输媒体向前传播。每一个角度都定义了一条路径或一种模式,以这种方式传输光波的光纤称为多模光纤(Multi Mode Fiber),如图1所示。
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图1 多模光纤 |
图2 单模光纤 |
多模光纤的中心玻璃芯较粗,纤芯直径为50~62.5μm,可传多种模式的光。但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重,因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。
在多模光纤中,光波以有限的模式向前传播,模式的具体数目是由纤芯所用媒体的直径和光的波长决定的。减少纤芯的直径可以降低光线撞击边界面的角度数目,即模式数目减少了。如果纤芯直径减少到一定程度,光纤内将只有一种模式传播的光波,这就是单模光纤(Single Mode Fiber),如图2所示。
单模光纤的中心玻璃芯较细,纤芯直径为9~10μm,只能传一种模式的光。因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
纤芯的直径应该是多少呢?根据物理学原理,反射体反射电磁波(如光波)的能力与其大小有关。要使光纤按照单模方式传输,反射体(即覆盖层)必须大于被反射光的波长, 由于覆盖层包围着核心媒体(纤芯),因此覆盖层的大小是由核心媒体的直径决定的。
由于穿越光纤的光线的频率一般为1014~1015 H z,根据波长和频率的关系:
波长=光速/频率
因光速c=299 792 458 m/s(≈3X10∧8),可以得出光线的波长大约为2×10-4 m,即2 ?m。因此,根据光的波长可以得出多模光纤和单模光纤理论直径,大约有人的头发丝那么细。 按光纤的工作波长分,光纤又分为短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。短波长光纤是指0.8~0.9μm的光纤,长波长光纤是指1.0~1.7μm的光纤,而超长波长光纤则是指2μm以上的光纤。