多模梯度折射率塑料光纤带宽的分析

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光纤通信技术是信息领域中十分引人瞩目的课题，高速多媒体网络的形成使人们对光纤技术有了新的思考与开发，网络中声音、图片等各类多媒体信号多路传输的需求使带宽急剧增加。尽管石英光纤（GOF）的传输带宽大大超过双绞线和同轴电缆，性能优越，但是GOF系统的成本高、连结复杂，并不适合于终端用户网。塑料光纤（POF）的特点恰恰弥补了GOF的缺点，因而可以成为短距离中小容量网络中的最佳传输煤质。　　多模梯度折射率塑料光纤（GI-POF）是POF研究领域近十年来的新进展\它较之传统的多模阶跃折射率塑料光纤（SI-POF）拥有更优越的性质，尤其在带宽方面提高了1~2个数量级，PM-MA多模GI-POF带宽可达3GHz.100m，氟化物多模GI-POF带宽高达10GHz.100m以上2，因此研究多模GI-POF带宽性质对塑料光纤的产品开发有很好的指导作用。本文结合WKB法就影响多模GI-POF带宽性质的各种因素进行了分析，给出了较佳折射率指数g的范围，分析了实测带度高于理论带度的原因1色散与带宽一个光脉冲在光纤中传输，由于受到光纤材料的色散特性、光纤折射率分布、光纤中的模式分布、光源的波长和光谱宽度等因素的影响，使脉冲产生延迟畸变，脉冲波形发生展宽。色散的大小直接关系到光纤的带宽。影响多模GI-POF带宽的因素有模间色散材料色散波导色散、剖面色散、微分模式衰减等。材料色散和波导色散都与光源的谱宽成正比，所以又总称为模内色散（波长色散或频率色散）材料色散是由光纤材料的折射率随入射光波长变化而产生的，由材料的折射率光谱宽度及波长共同决定，即的二次导数。　　梯度折射率光纤的折射率呈幂函数分布n1为纤芯中心的折射率，m2为包层折射率。可由Sellmeier色散关系3得到n1和n2与波长的关系河北省科技专项资金资助项目散。梯度折射率光纤最佳折射率分布为2.gpt=2-2niPINi- gopt称为最佳折射率指数；P称为剖面色散（profiledispersion），其大小取决于相对折射率差A与波长X的关系。　　模色散包括模间色散和模内色散。由模间色散和模内色散引起的脉冲展宽决定了光纤的-3dB带宽为f为脉冲的均方根宽度，表示为（9）模间色散是由于光脉冲传输的各模式以不同的群速度在多模光纤中进行，不同的模式到达光纤终端时在时间上产生一定间隔，使脉冲展宽。模间脉冲展宽定义为由WKB法分析可得导模传播常量U的本征方程输，最高阶模比最低阶模的损耗增加了17dB.考虑微分模式衰减后带宽特性和脉冲输出波形的计算结果与测量结果完全相符，这说明微分模式衰减是导致GI-POF带宽增加的主要原因。　　3结论本文通过对多模GI-POF色散与带宽的理论分析及数值模拟，具体说明多模GI-POF可以在较宽的折射率指数范围内达到实际需要的带宽。　　通过选用窄线宽光源和适当的芯、包层材料以及采用合理的工艺可以获得较高的带宽。