阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的区别

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光纤技术是指利用高质量的玻璃或塑料材料以光脉冲形式传输信息的技术。它看起来像一根透明的细丝。在本文中，我们将深入了解光纤、其类型以及它们之间的区别。因此，让我们从光纤的定义开始。

什么是光纤？

光纤是一种细而灵活的玻璃或塑料材料，用于以光的形式传输信息。玻璃或塑料作为介质，允许信息在极短的时间内传输到很远的距离。

光纤的组成部分

可能存在不同数量的玻璃纤维。在它的结构中，我们有以下主要部件

• 纤芯

• 包层

• 缓冲层

• 外套层

包层覆盖着玻璃纤维的纤芯。为了保护包层，我们有缓冲层。作为最终覆盖，光纤对每根光纤都有外套层。借助全内反射过程，光存在于纤芯层中。这个过程以不同的角度反射纤芯和包层中的光，使光纤能够承载大量数据，而不会造成大的损耗或干扰。这就是光纤如何承载大量信息的方式。

光纤因其高速传输速度和更大的带宽而被广泛使用。它们通常用于电信、互联网连接、有线电视和电话。例如，谷歌在其 Google Fiber 服务中使用光纤，为全球用户提供高速互联网。

光纤的类型

根据模式数和折射率，光纤分为两种类型。这两种类型如下

• 单模光纤 - 这种类型的光纤只有一条路径或模式来传输光信号。

• 多模光纤 - 这种类型的光纤提供多种模式或路径，可以同时传输多束光线。

在多模光纤中，我们还有另外两种类型

• 阶跃折射率光纤

• 渐变折射率光纤

这两种类型多模光纤是基于折射率分布的。现在，我们将详细讨论这两种类型。

什么是阶跃折射率光纤？

在阶跃折射率光纤的情况下，纤芯和包层的折射率是固定或恒定的。光线穿过光纤并在纤芯-包层边界发生的每次反射中穿过光纤轴线。在阶跃折射率光纤的情况下，光波根据全内反射现象以锯齿形传播。

光纤的入射光和输入光到达光纤输出端的时间存在差异。这种差异称为模态色散。由于这种效应，光脉冲严重展宽并在沿光纤传播时进一步扩散。数字通信使用这些光脉冲通过光纤的长度进行长距离通信。

当光脉冲在光纤中传输多种模式时，由于色散效应，它会进一步扩散。因此，其带宽会降低。

阶跃折射率会导致以下不同的限制

• 阶跃折射率中的色散效应会导致脉冲之间的干扰，从而降低光纤的传输容量。

• 由于这种效应，误码率也会增加，这对阶跃折射率光纤没有帮助。

• 由于色散效应，数字通信的距离也会受到阶跃折射率光纤的影响。

由于这些限制，阶跃折射率光纤用于需要短距离通信的场合。阶跃折射率光纤提供较低的速度，并且成本较低。

什么是渐变折射率光纤？

在渐变折射率光纤的情况下，纤芯表面的折射率比纤芯-包层表面略高。它从纤芯表面到纤芯-包层表面逐渐减小。为了更清楚地说明，我们应该说，它从中心减小。

在这里，折射率变化的过程会导致折射，而不是阶跃折射率模式中的全内反射。因为当光以较低的折射率进入时，它会折回光纤轴线。因此，由于折回特性，不会产生全内反射。

您可以看到光以正弦波的形式传播。由于折射率的变化，光速也会发生变化。当光远离中心移动时，其速度会增加更多。对于长距离，速度差异可以忽略或补偿。因此，在渐变折射率光纤中，模态色散被抵消或大大降低。因此，与阶跃折射率光纤相比，渐变折射率光纤具有更大的带宽。

与阶跃折射率光纤相比，渐变折射率光纤可用于中长距离，并具有更高的速度。

阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤的区别

阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤之间的重要区别在以下表格中给出

参数	阶跃折射率光纤	渐变折射率光纤
定义	阶跃折射率光纤提供恒定的折射率，并利用全内反射工作。	渐变折射率光纤在纤芯和纤芯-包层边界提供不同的折射率，并利用折回反射工作。
带宽	阶跃折射率光纤提供较小的带宽。	渐变折射率光纤提供更大的带宽。
模态色散的影响	阶跃折射率光纤受到色散模式的严重影响，并且在中继功能方面存在限制。	渐变折射率光纤减少或消除了色散模式的影响，并提供更大的带宽。
纤芯直径	阶跃折射率光纤的直径为 50-200 µm。	渐变折射率光纤的直径约为 55 µm。
成本	由于制造工艺简单，阶跃折射率光纤的成本较低。	由于制造工艺复杂，渐变折射率光纤的成本较高。
通信距离	阶跃折射率光纤用于较短距离，并提供较低的速度。	渐变折射率光纤用于中长距离，并提供比阶跃折射率光纤更高的速度。
工作速度	阶跃折射率光纤提供较低的工作速度。	渐变折射率光纤提供更高的工作速度。
数据波形	阶跃折射率光纤为光传输提供锯齿形路径。	渐变折射率光纤为光波传播提供平滑的正弦波形路径。
脉冲展宽	在阶跃折射率光纤中，发生更多的脉冲展宽。	在渐变折射率光纤中，对于长距离，脉冲展宽相对较小。

结论

由于光纤优于铜线和其他类型的信号传输介质，因此它在现代通信系统中得到了广泛的应用。我们已经彻底阅读了它的类型以及它们之间的关键区别。从以上讨论可以清楚地看出，阶跃折射率光纤用于短距离通信，而渐变折射率光纤更适合于高速长距离通信。