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图2.2 -6 多模式阶跃型光纤中的“Z”字形传播路径
图2.2 -7多个“Z”字形传播路径
如果我们把一根光线的传播路径称为单模式，那么在这种光纤中，光的传输由很多条光
线来完成，并且其路径又不同，所以称之为多模式传输。这就是“多模式阶跃型光纤”名
称的由来。
132电子技术基础
在多模式阶跃型光纤中，从输入端到光纤传输线上的任意一点，其每个“Z”字形的个
数是不同的，这将造成沿光纤传输的光信号的相位不同。这样，在多模式传输时，信号的能
量被分散到许多路径上，从而使得数字脉冲信号的形状被拉长，脉冲边缘的棱角变圆，这种
现象称为模式色散，如图2.2 -8所示。
输入脉冲
输出脉冲
图2.2 -8多模式阶跃型光纤输出波形的变形
输入“尖窄”脉冲经过多模式阶跃型光纤的传输后，出现了输出脉冲“宽矮”的现象。
这一输出脉冲的变形就像带宽不足一样（因为陡峭的信号边缘由高次谐波决定，而带宽窄
会造成高次谐波被去除，这样就必然使信号边缘变化平缓）。因此，多模式阶跃型光纤传输
将使带宽减小，这在一定程度上削弱了光纤传输的优点。
多模式阶跃型光纤一般用于窄带传输系统和近距离通信中，例如用在飞机和轮船上。
(2)多模式渐变型光纤
为了改变多模式阶跃型光纤模式色散比较大的缺点，可以对纤芯的折射率进行重新设
置。其纤芯折射率的特点为：纤芯折射率大于包层折射率，并且使纤芯折射率按照“抛物
线”的规律变化，如图2.2 -9所示。
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图2.2 -9多模式渐变型光纤的折肘率分布及光线传播路径
由于纤芯折射率是按抛物线的规律变化的，
人到不同折射率的纤芯时，光线逐层发生折射，
即：凡芯1>n芯2>n芯3……，所以，在光线射
如图2.2- 10所示。如果纤芯的分层足够
下篇数字电子技术基础133
图2.2 - 10渐变型光纤的逐层折射过程
薄，就形成了图2.2 -9所示的传播路径。可见，入射角不同的光线经过不同的折射层形成
了像“波”一样的传输路径，各路径在纤芯的中心轴上产生交点，如果从交点处取出信号，
那么模式色散将大大减小，从而使输出信号的失真得到改善，如图2.2 -11所示。
输入脉冲 输出脉冲
图2.2 -11多模式渐变型光纤的输入与输出脉冲
多模式渐变型光纤用于宽带传输系统中，如闭路电视、海底光缆等长距离的通信系统中。
(3)单模式阶跃型光纤
这种光纤的惟一特点是：其纤芯的直径略大于3倍的光波波长。此时只有一种传输模式
沿光纤的轴向传输，从而消除了模式色散引起的信号变形，如图2.2 -12所示。
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图2.2 -12单模式光纤的折射率分布及光线传播路径
134电子技术基础
虽然单模式光纤不存在模式色散，但在实际传输中，由于光源发射到光纤里的光脉冲能
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民用航空器维修基础系列教材 电子技术基础(82)
