光导纤维原理-光纤原理

光纤依其折射率分布情况与特性可分为（图1-1-3-3）：
1.阶梯型折射率分布之多模光纤：或称梯射型光纤，其光纤核心与外壳之折射率呈突然阶梯形之变化。阶梯形多模光纤通常沿其中心轴平行前进的光线与弯曲前进的光纤到达时间会有差异，如图1-1-3-4，传递的信号经过长距离传输或有扭曲变形失真（distortion），也有信号拉宽的现象，波形的分散失真大，因此无法传递量测信号中相位的讯息。如果采用多模光纤作为光纤感测，那么一般只是作亮度（振幅）方面的调制。多模光纤之直径通常自 50 至 1000μ m 大小，价格便宜易于使用，唯其传递信号的频宽较窄，无法担任长距离传输工作。
阶梯型折射率分布之多模光纤之模态数M可由下式求得：

其中，核心之折射率 n1
外壳之折射率 n2
核心之半径 a
光之波长 _λ


图1-1-3-4 阶梯形多模光纤传递的信号经过长距离传输或有扭曲变形失真

由上是可知，要减少阶梯型折射率分布之多模光纤之模态数M，可降低NA或 n₁²- n₂²之值，但此举将影响耦合进入光纤之光量，其次是增加光之波长_λ，或是减少核心之半径 a，亦即形成所谓的单模光纤。

2．连续型折射率分布之多模光纤：
通常连续型折射率分布的光纤（或称斜射型光纤）的响应频率可高达 800MHz/km ，而价格较昂，因此适合一些较高级的场合使用。连续型折射率分布之光纤其折射率分布情况为： 离中心越近，其折射率越小。因此光线在内部行走的路线为弯曲形状。光线在光纤内部传输所行走的路径其弯曲曲率与折射率分布之梯度有关。塑料光纤有一些是采用阶梯型折射率分布，称为SI-POF，有一些是使用连续型折射率分布称为GI-POF，可达成Gb/s级的传输速率，不仅有高的传输频宽，在价格上又相当低廉，因此于短程通讯方面潜力很大。

3.单模光纤：单模光纤其光纤核心与外壳之折射率呈阶梯形之变化，核心直径特别小 (5-12μm) ，只容许一束光束进入核心中，因此能够光信号的相位讯息，唯其核心甚小，因此在光束耦合 (coupling) 方面较为困扰。


图 1-2-1 光纤之损失原因