請問多模光纖?

Markus0713 wrote:
請問多模光纖有分 ...(恕刪)

光纖通訊所用的光源, 可分成單模光源或多模光源, 這裡的模是指光的模態 (Mode), 是指光能量場的分佈情形, 在雷射共振腔中, 又分為與共振腔平行(縱向)與垂直(橫向)兩種, 分別稱為縱模與橫模.

由於構成雷射共振腔之如 Fabry-Perot 共振腔, 比如兩面相對平行的鏡面, 讓光在共振腔間來回反射而被增益介質放大, 但只有波長為此共振腔長度倍數之光才允許存在於 Fabry-Perot 共振腔中, 因此會有 N 個中心波長間隔為共振腔長度之光存在於雷射中, 若其中只有一個能突破共振腔之能量損耗而發射出雷射光(稱為 Lasing), 則此雷射光源只有發射一中心波長的光, 稱為單(縱)模雷射, 由於與共振腔平行(縱向)的能量會造成雷射輸出頻譜差異, 故有時縱模又會稱為頻率模態.

而垂直共振腔的光能量場表現於雷射光輸出的橫切面上, 造成光分部的不同, 故又稱為空間模態.

不同橫模在空間中的光能量分佈

上圖代表不同階的模態在空間上的分布狀態, 其中左下角第二個呈正圓形分佈, 中心能量最高的, 是最基本的橫模模態, TE0 Mode, 若是一光源只有 TE0 Mode 存在, 則稱其為單橫模光源, 反之有兩個以上的模態組成, 稱多橫模光源.

由光纖的截面來看, 中心折射率較高的部為纖核 (Core), 外面折射率較低的稱纖殼(Cladding), 光是在光纖的纖核中傳遞.

光纖的截面

光纖縱切面與模態分佈

單模光纖(Single Mode Fiber, SMF)只允許單一種模態的光在光纖中傳輸, 而這一個模態是指最基本的模態(基模), 而多模光纖(Multi Mode Fiber, MMF)則允許多個模態在光纖中傳輸. 由橫模來看, 光纖纖核越大, 可容納進的橫模模態就會越多, 反之越小, 而 62.5/125um 和 50/125um 這參數即是指該裸光纖之纖核與纖殼之直徑, 如 50/125um 多模光纖, 纖核直徑為 50 微米, 纖殼為 125 微米(就是光纖直徑), 單模光纖的纖核更小, 只有約 8.3 微米.

不同模態光源最好使用不同模態之光纖, 如單模光源最好使用單模光纖, 用錯光纖將使訊號品質劣化或是光能量之損耗大增, 目前一般光纖跳線來說, 會以表面披覆的顏色來區分, 單模跳線通常為黃色, 多模為橘色.

而纖核直徑越大, 可容納的光模態越多, 50 um 的多模光纖約可以容納 146 個模態, 而 62.5 可容納到 431 個, 兩者在強度及彎曲半徑等差異不大, 在光學性質上如衰減等的差異也不大, 然而在應用上, 50μm 多模光纖在 850 nm 或 1300 nm 波長光源之傳輸頻寬均可達到 550 MHz*km; 而 62.5 μm 的多模光纖在 850 nm波長下的頻寬卻只有 275 MHz*km,較 50μm 多模光纖小許多(62.5 在 1310 nm 光源下為 550 MHz*km), 所以如果在應用上使用 850 nm VCSEL 光源, 50/125 μm 多模光纖可提供較高的頻寬.