階躍型多模光纖與漸變型多模光纖有何區別？

多模光纖是一種常見的光纖類型，被廣泛使用在短距離應用中。根據光纖折射率分布方式的不同，多模光纖可分為階躍型多模光纖和漸變型多模光纖兩種類型。接下來，本文將全面介紹階躍型多模光纖和漸變型多模光纖的工作原理以及它們的區別。

什麼是階躍型多模光纖？

階躍型多模光纖指的是具有階躍型折射率分布的光纖，其折射率是均勻分布的。由於光纖包層折射率較低（即纖芯折射率大於包層折射率，發生全反射），因此纖芯與包層的邊界折射率急劇降低（光纖中心芯到玻璃包層的折射率是突變的），從而形成了一個臺階，即為階躍型多模光纖（也被稱為突變光纖）。

什麼是漸變型多模光纖？

為了解決階躍型多模光纖存在的傳輸問題，人們設計研發出了漸變型多模光纖。漸變型多模光纖的折射率是按照一定規律連續變化且不均勻的。漸變型光纖的折射率在光纖軸心處最大，在靠近包層邊界處最小，也就是說，漸變型光纖的折射率隨着纖芯半徑的增大而逐漸減小。在漸變型光纖中，折射率的變化會引起折射，但不並會發生全反射，當光傳輸到包層邊界處（折射率最小）時，光纖將折射回到光纖軸心上。

階躍型多模光纖與漸變型多模光纖有何區別？

通過上文簡單介紹可知，階躍型多模光纖和漸變型多模光纖的折射率分布方式不同，階躍型多模光纖的折射率是均勻分布的，而漸變型多模光纖的折射率是有規律地連續變化且不均勻分布。除此之外，它們之間還存在什麼區別呢？詳見下文。

光傳輸形式

根據全反射原理，在階躍型多模光纖中，光線在纖芯和包層之間不斷發生全反射，將光波限制在纖芯中向前傳播，然而由於纖芯和包層的邊界折射率急劇降低，因此光沿着光纖軸心以“之”字進行傳播。如圖所示：

在漸變型多模光纖中，根據折射原理，光線最遲在芯包界面發生全反射，將光波限制在纖芯中向前傳播。由於漸變型多模光纖折射率在纖芯中按一定規律連續變化且不均勻，因此光線的傳播軌跡不再是一條直線，而是一條近似於正弦型的曲線，即光以“正弦波”的形式向前傳播。如圖所示：

帶寬和模間色散

由於階躍型多模光纖可以傳輸多種模式的光，不同模式光（傳輸路徑各不相同）到達光纖終端的時間不同，從而產生時延差，造成了光脈衝嚴重展寬，因此階躍型多模光纖的模間色散通常較高。同時，階躍型多模光纖傳輸的模式越多，光脈衝在光纖傳輸時展寬越嚴重，導致信號失真，也就大大限制了階躍型多模光纖的帶寬。

漸變型多模光纖又稱自聚焦光纖， 其折射率在光纖軸心處最大且隨着纖芯半徑的增大而逐漸減小，使得光按正弦形式傳播，從而形成自聚焦效應（不同入射角的光線會聚集在同一點上，且這些光線的時間延遲也近似相等，彌補了時延差），因此降低了模間色散，提高了階躍型多模光纖的帶寬。

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傳輸距離和成本

由上文可知，階躍型多模光纖模間色散大、帶寬低，不僅影響了傳輸速率，還限制了傳輸距離。正因如此，階躍型多模光纖通常以相對較低的成本用於短距離（幾公里內）和低速率（8Mb/s以下）的通信系統。與階躍型多模光纖相比，漸變型多模光纖色散小、帶寬高，延長了傳輸距離，因此通常適用於中距離（10~20㎞）和傳輸速率相對較高（34~140Mb/s）的通信系統，但成本相對較高。現如今，市面上多模光纖大多為漸變型。

結語

通過上文對階躍型多模光纖與漸變型多模光纖的對比介紹，相信您已經清楚地了解這兩種多模光纖之間的區別了。通常，階躍型多模光纖適用於短距離和低速率應用，而漸變型多模光纖則適用於中長距離和較高速率應用。多模光纖除了可以按照光纖折射率的分布方式進行區分外，還可以根據光纖類型分為OM1/OM2/OM3/OM4/OM5多模光纖，有興趣了解可閱讀《OM1、OM2、OM3、OM4和OM5多模光纖有什麼區別？》這篇文章。

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