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        根根據(jù)光纖橫截面上折射率的徑向分布情況，可以將光纖粗略地分為階躍（SI）光纖和漸變（GI）光纖。階躍光纖折射率在纖芯為n1保持不變，到包層突然變?yōu)閚2，如圖3.1.4a所示。漸變光纖折射率n1不像階躍光纖是個(gè)常數(shù)，而是在纖芯中心最大，沿徑向往外按拋物線形狀逐漸變小，直到包層變?yōu)閚2，如圖3.1.4b所示。

       漸變多模光纖的折射率分布可使光纖內(nèi)的光線同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)，其理由是，雖然各模光線以不同的路徑在纖芯內(nèi)傳輸，但是因?yàn)檫@種光纖的纖芯折射率不再是一個(gè)常數(shù)，所以各模的傳輸速度也互不相同。如圖3.1.5所示，沿光纖軸線傳輸?shù)墓饩€速度最慢（因n1,r→0最大，所以速度c/n1,r→0最小）；光線3到達(dá)末端傳輸?shù)木嚯x最長(zhǎng)，但是它的傳輸速度最快（因n1,r→a最小，所以速度c/n1,r→a最大），這樣一來(lái)到達(dá)終點(diǎn)所需的時(shí)間幾乎相同。n1,r→0表示纖芯折射率從包層變化到纖芯，n1,r→a表示纖芯折射率從纖芯變化到與包層交界處。

圖3.1.4  階躍光纖和漸變光纖

a）階躍光纖b）漸變光纖

        為了進(jìn)一步理解漸變多模光纖的傳光原理，我們可把這種光纖看作由折射率恒定不變的許多同軸圓柱薄層a、b和c等組成，如圖3.1.6a所示，而且na>nb>nc>…。使光線1的入射角θA正好等于折射率為na的a層和折射率為nb的b層的交界面A點(diǎn)發(fā)生全反射時(shí)的臨界角θc（ab）=arcsin（nb/na），然后到達(dá)光纖軸線上的O′點(diǎn)。而光線2的入射角θB卻小于在a層和b層交界面B點(diǎn)處的臨界角θc（ab），因此不能發(fā)生全反射，而光線2以折射角θB′折射進(jìn)入b層。如果nb適當(dāng)且小于na，光線2就可以到達(dá)b和c界面的B′點(diǎn)，它正好在A點(diǎn)的上方（OO′線的中點(diǎn)）。假如選擇nc適當(dāng)且比nb小，使光線2在B′發(fā)生全反射，即θB′>θC（bc）=arcsin（nc/nb）。于是通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇na、nb和nc，就可以確保光線1和光線2通過(guò)O′。那么，它們是否同時(shí)到達(dá)O′呢？由于na>nb，所以光線2在b層要比光線1在a層傳輸?shù)每?，盡管它傳輸?shù)寐窂奖容^長(zhǎng)，也能夠趕上光線1，所以幾乎同時(shí)到達(dá)O′點(diǎn)。這種漸變多模光纖的傳光原理，相當(dāng)于在這種波導(dǎo)中有許多按一定規(guī)律排列的自聚焦透鏡，把光線局限在波導(dǎo)中傳輸，如圖3.1.5所示。

        實(shí)際上，漸變光纖的折射率是連續(xù)變化的，所以光線從一層傳輸?shù)搅硪粚右彩沁B續(xù)的，如圖3.1.6b和圖3.1.6c所示。當(dāng)光線經(jīng)多次折射后，總會(huì)找到一點(diǎn)，其折射率滿(mǎn)足全反射。

圖3.1.5漸變折射率多模光纖的結(jié)構(gòu)、折射率分布和在纖芯內(nèi)的傳輸路徑

圖3.1.6    漸變多模光纖內(nèi)光線傳輸路徑不同但同時(shí)到達(dá)終點(diǎn)