本文主要介紹光纖的主要參數

光纖是一種細玻璃絲，其中心纖芯的折射率略高于周圍的包層。從物理光學的角度來看，光在纖芯-包層邊界處由全內反射引導。更確切地說，光纖是一種介質波導，其中有離散數量的傳播模式。

如果纖芯直徑和折射率差足夠小，則只有單模傳播。

單模傳播的條件是歸一化頻率V小于2.405，其中

a是纖芯半徑，λ是自由空間波長，n1和n2分別是纖芯和包層的折射率。多模光纖的纖芯和包層之間的折射率差（Δ）通常在1%到1.5%之間，纖芯直徑在50到100μm之間。單模光纖的Δ≈0.3%，纖芯直徑在8到10μm之間。光纖數值孔徑（NA）是接收錐半角的正弦值，由下式給出

單模光纖的NA通常約為0.1，而多模光纖的NA在0.2至0.3的范圍內。

從傳輸系統的角度來看，兩個最重要的光纖參數是衰減和帶寬。

衰減Attenuation

光纖中有三種主要的衰減機制：吸收、散射和輻射損耗。二氧化硅在紫外（電子躍遷electronic transitions）和1.6μm以上的紅外（原子振動躍遷atomic vibrational transitions）具有共振吸收峰，但在可見光和近紅外區域具有高度透明性。

通過使用足夠厚的包層（通信光纖的外徑為125μm）、可壓縮的涂層來緩沖光纖免受外力的影響，以及防止急轉彎的電纜結構，通常可以保持較小的輻射損耗。

在沒有雜質和輻射損失的情況下，基本的衰減機制是來自不規則玻璃結構的瑞利散射，這導致折射率在距離上的波動與波長相比很小。這會導致散射損失α

為了獲得“最佳”光纖。衰減隨波長的變化如圖1所示。λ=1.4μm處的衰減峰值是由于光纖中的少量水引起的共振吸收，盡管光纖中沒有這個峰值。由于在該波長下有可用的源和探測器，初始系統在0.85μm左右的波長下運行。目前的系統（除了一些短距離數據鏈路）通常在1.3或1.55μm的波長下運行。前者除了衰減低（最佳光纖約為0.32dB/km）外，還是標準單模光纖的最小模內色散波長。1.55μm的工作允許更低的衰減（最小約為0.16dB/km）和使用在該波長下工作的摻鉺光纖放大器。

圖1 光纖衰減與波長的函數關系。虛線表示瑞利散射。實線表示總衰減。

色散Dispersion

脈沖擴展（色散）限制了可用于光纖的最大調制帶寬（或最大脈沖速率）。分散有兩種主要形式：模間色散intermodal dispersion和模內色散intramodal dispersion。

在多模光纖中，不同的模式會經歷不同的傳播延遲，從而導致脈沖擴展。對于漸變折射率光纖，每單位長度的最低色散約為

在近似拋物線函數中對纖芯的折射率進行分級會導致傳播延遲的近似均衡。對于階躍折射率光纖，單位長度的色散為，其中Δ=0.01比方程（4）給出的值大1000倍。

帶寬和色散成反比，比例常數取決于脈沖形狀和帶寬的定義方式。如果色散脈沖近似為高斯脈沖，δτ為半功率點的全寬，則-3dB帶寬B，由下式給出

多模光纖通常由其1km長度內的帶寬確定。典型的規格在200 MHz到1 GHz的范圍內。光纖帶寬是折射率分布的敏感函數，與波長有關，隨長度的縮放取決于是否存在模式混合。此外，對于短距離鏈路，帶寬取決于發射條件。

多模光纖通常僅在比特率和距離足夠小，不需要擔心色散的準確表征時使用。

雖然單模光纖中沒有模間色散，但由于源的有限光譜寬度和群速度對波長的依賴性，單模內仍然存在色散（模內色散）。單位長度的波節內色散由下式給出

其中D是光纖的色散系數，δλ是光源的光譜寬度，S0是色散斜率

如果存在模間色散intermodal dispersion和模內色散intramodal disersion，則總分散的平方是模間色散intermodal dispersion和模內色散intramodal dispersion的平方和。對于典型的數字系統，總色散應小于脈沖間周期T的一半。根據方程式（5），這對應于至少0.88/T的有效光纖帶寬。

模內色散有兩個來源：材料色散，這是折射率是波長的函數的結果；以及波導色散，是光纖波導的傳播常數是波長函數的結果。

對于折射率為n（λ）的材料，材料色散系數由下式給出

對于硅基玻璃，Dmat具有圖2所示的一般特征。在波長為820 nm時，它約為-100 ps/km?nm，在波長接近1300 nm時通過零點，在1550 nm時約為20 ps/kmхnm。

圖2模內色散系數與波長的函數關系。短點虛線表示材料色散Dmat；長點虛線曲線顯示了波導色散Dwg，在1.55μm處實現零色散的D（實線）。

對于階躍折射率單模光纖，波導色散約為

對于傳統單模光纖，波導色散很小（在1300 nm處約為-5 ps/km?nm）。然后，得到的D（λ）略微偏移（相對于材料色散曲線）到更長的波長，但零色散波長（λ0）仍保持在1300 nm附近。然而，如果通過減小a或等效地通過減小芯中的折射率來使波導色散變大為負值，則零色散波長可能會偏移到1550nm附近（見圖2）。這種光纖被稱為色散位移光纖，并且由于在該波長下較低的光纖衰減和摻鉺光纖放大器的出現而具有優勢。

請注意，色散位移光纖在色散最小值處的斜率較小（S0≈0.06ps/km?nm2，而傳統單模光纖的S0≈0.09ps/km?nm2）。對于更復雜的折射率分布，至少在理論上，可以控制波導色散的形狀，使1300和1550 nm波段的總色散都很小，從而得到色散平坦的光纖。