光纖之構造與分類

光纖之構造與分類




光纖依其構造可分為：

圖 光纖之構造












１．核心部份 (Core) ：

即光纖中傳遞光信號的部份，一般的光纖蕊心材料有石英玻璃與塑膠(Plastic Optic Fiber－POF)，塑膠光纖的價格約石英光纖的十分之一，石英光纖的核心口徑(core diameter)較小，石英單模光纖約5~12μm，石英多模光纖約50~150μm，而塑膠光纖的核心口徑約1000μm。

２．外殼部份 (Cladding) ：即被覆在核心外圍的部份，光線入射二不同介質時發生反射及折射現象，利用全反射，我們可很輕易的使用光纖來改變光的行進方向，且在過程中，光的損耗最小。為使光線能在核心中傳送，因此光線需依全反射方式行進，所以核心部份之折射率須比外殼之折射率大。除此之外，如果我們希望光線能在核心入射外殼介質時發生全反射現象，那麼光線在入射進光纖時其入射角亦不能太大，如圖11-1-3-2，假設在界面一光線入射光纖入射角 m 時，在入射外殼介質時發生全反射之臨界現象，亦即在界面二光線折射角為90度，而在界面二光線入射角為c，而在界面一光線入射角如大於 m 時，光線將無法在在核心中傳送。

設核心之折射率 n1

外殼之折射率 n2

在界面一光線折射角 2

圖 在入射外殼介質時發生全反射之臨界現象





在界面一，依折射定律可得

n1 sin2 = sin m

在界面二，依折射定律可得

n2 sin90 = n1 sinc

又，2 = 90-c

可得

n2= n1 cos2 ， cos2 = n2 / n1

sin2 = ( 1- cos22 )1/2

=( n12- n22 )1/2 / n1

sinm = n1 sin2 =( n12- n22 )1/2

通常定義數值孔徑 （numerical aperture） NA=( n1- n2 )1/2



３．保護層 (Jacket) 保護在外殼周圍，以防止損害光纖之外殼及核心。

圖 光纖折射率分佈情形



光纖依其折射率分佈情形與特性可分為：

1.階梯型折射率分佈之多模光纖：或稱梯射型光纖，其光纖核心與外殼之折射率呈突然階梯形之變化。階梯形多模光纖通常沿其中心軸平行前進的光線與彎曲前進的光纖到達時間會有差異，如圖11-1-3-4，傳遞的信號經過長距離傳輸或有扭曲變形失真（distortion），也有信號拉寬的現象，波形的分散失真大，因此無法傳遞量測信號中相位的訊息。如果採用多模光纖作為光纖感測，那麼一般只是作亮度（振幅）方面的調制。多模光纖之直徑通常自 50 至 1000μ m 大小，價格便宜易於使用，唯其傳遞信號的頻寬較窄，無法擔任長距離傳輸工作。

階梯型折射率分佈之多模光纖之模態數M可由下式求得：

M=

其中，核心之折射率 n1

外殼之折射率 n2

核心之半徑 a

光之波長 

圖 階梯形多模光纖傳遞的信號經過長距離傳輸或有扭曲變形失真



由上是可知，要減少階梯型折射率分佈之多模光纖之模態數M，可降低NA或 n12- n2 2之值，但此舉將影響耦合進入光纖之光量，其次是增加光之波長 ，或是減少核心之半徑 a，亦即形成所謂的單模光纖。



２．連續型折射率分佈之多模光纖：

通常連續型折射率分佈的光纖（或稱斜射型光纖）的響應頻率可高達 800MHz/km ，而價格較昂，因此適合一些較高級的場合使用。 連續型折射率分佈之光纖其折射率分佈情形為： 離中心越近，其折射率越小。因此光線在內部行走的路線為彎曲形狀 。光線在光纖內部傳輸所行走的路徑其彎曲曲率與折射率分佈之梯度有關。塑膠光纖有一些是採用階梯型折射率分佈，稱為SI-POF，有一些是使用連續型折射率分佈稱為GI-POF，可達成Gb/s級的傳輸速率，不僅有高的傳輸頻寬，在價格上又相當低廉，因此於短程通訊方面潛力很大。





3.單模光纖：單模光纖其光纖核心與外殼之折射率呈階梯形之變化，核心直徑特別小 (5-12μm) ，只容許一束光束進入核心中，因此能夠光信號的相位訊息，唯其核心甚小，因此在光束耦合 (coupling) 方面較為困擾。

光纖之損失原因

中華民國 99.05.18

(本資料截取於網路)