光纤折射率分布的测量

       光纤某些主要传输性能如带宽、色散等取决于其折射率分布的设计，折射率分布是构成光波导的基础。从光纤设计到制造，折射率分布是光纤的一个十分重要的基本参数，而往往实际的光纤折射率分布将决定上述传输性能是否达到预期目标的关键。因此对于一根成品光纤实际的折射率分布进行精确的测量是必不可少的。

       折射率分布的测量最早（约在1970年代末）采用的方法是根据光的反射原理的所谓“反射法”，该原理可由下列正入射（即入射角为零）光的反射率计算公式得知：

       R=[（n1－n0）/（n1＋n0）]2

       公式中n0为空气的折射率；n1为介质材料的折射率。

       此后又有了现在列为国际和国内标准方法的“折射近场法”。顾名思义，“折射近场法”利用了光的折射原理，即在光纤的注入端，如果注入光的孔径大于光纤的数值孔径（NA），则该注入光将从光纤芯折射出去进入光纤包层，折射光的强度与注入点的“本地”NA有关，而光纤的NA与折射率有关，即：

       NA=√n12－n02

       公式中n0为包层的折射率；n1为纤芯的折射率，其可以是纤芯径向位置的函数。

       根据光的折射定律，我们最终可导出如下公式：

       n(r)－ncl=k[Pcl－P(r)]/Pcl       

       k为取决于系统参数的校正系数；ncl和Pcl是常数，分别为光纤包层折射率和折射光功率。

       由此可见，折射光功率P(r)与n(r)有关，从而通过测量P(r)就可得到n(r)。

       中国电子科技集团公司第23研究所的测试系统是加拿大EXFO公司的NR9200 OPTICAL FIBER ANALYZER，该光纤分析仪就是采用上述标准方法“折射近场法”进行光纤折射率分布测量，测量沿光纤径向扫描时，由于0.1μm的高精度机械扫描单元，所以具有很高的测量分辨率：空间分辨率优于0.5μm；绝对折射率分辨率0.0001。