渐变多模光纤：同时输出的光线是如何实现的？

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：缺失数据是指粗糙数据中由于缺少信息而造成的数据的缺失、聚类和分组。缺失数据模式描述了整个数据集中观测值与缺失值的对比情况，在整理出数据集不同变量之间的关系之后，对不同的缺失数据采用不同的填补算法。图2-9 渐变折射率多模光纤的结构、折射率分布和在纤芯内的传输路径

渐变（GI）多模光纤折射率n₁不像在阶跃多模光纤中的是个常数，而是在纤芯中心最大，沿径向往外按抛物线形状逐渐变小，直到包层变为n₂，如图2-6b所示。这样的折射率分布可使光纤内的光线同时到达终点，其理由是，虽然各模光线以不同的路径在纤芯内传输，但是因为这种光纤的纤芯折射率不再是一个常数，所以各模的传输速度也各不相同。沿光纤轴线传输的光线速度最慢（因n₁，r→0最大，所以速度c/n₁，r→0最小）；光线3到达末端传输的距离最长，但是它的传输速度最快（因n₁，r→a最小，所以速度c/n₁，r→a最快），这样一来到达终点所需的时间几乎相同。

为了进一步理解渐变多模光纤的传光原理，可把这种光纤看做由折射率恒定不变的许多同轴圆柱薄层n_a、n_b和n_c等组成，如图2-8a所示，而且n_a>n_b>n_c>…。使光线1的入射角θ_A正好等于折射率为n_a的a层和折射率为n_b的b层的交界面A点发生全反射时的临界角θ_c（ab）=arcsin（n_b/n_a），然后到达光纤轴线上的O′点。而光线2的入射角θ_B却小于在a层和b层交界面B点处的临界角θ_c（ab），因此不能发生全反射，而光线2以折射角θ_B′折射进入b层。如果n_b适当且小于n_a，光线2就可以到达b和c界面的B′点，它正好在A点的上方（OO′线的中点）。假如选择n_c适当且比n_b小，使光线2在B′发生全反射，即θ_B′＞θ_C（bc）=arcsin（n_c/n_b）。于是通过适当地选择n_a、n_b和n_c，就可以确保光线1和2通过O′。那么，它们是否同时到达O′呢？由于n_a＞n_b，所以光线2在b层要比光线1在a层传输得快，尽管它传输的路径比较长，也能够赶上光线1，所以几乎同时到达O′点。这种渐变多模光纤的传光原理，相当于在这种波导中有许多按一定的规律排列着的自聚焦透镜，把光线局限在波导中传输，如图2-9所示。

图2-8 渐变（GI）多模光纤内光线传输路径不同但同时到达终点说明

实际上，渐变光纤的折射率是连续变化的，所以光线从一层传输到另一层也是连续的，如图2-8b和图2-8c所示。当光线经多次折射后，总会找到一点，其折射率满足全反射。

图2-9 渐变折射率多模光纤的结构、折射率分布和在纤芯内的传输路径

渐变多模光纤：同时输出的光线是如何实现的？

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