5-6  光纤的结构和原理是什么？

5-6 光纤的结构和原理是什么？

光纤是光导纤维的简称，是光通信中常用的传输介质。包层式光导纤维的纵截面和横截面的示意图，见图5-1。

图5-1 包层式光导纤维

光纤通常由直径为几十μm以下、折射率为n₁的纤芯和直径为125μm、折射率为n₂的包层组成。纤芯为光密介质，包层为光疏介质，n₁＞n₂。

为了加强光纤的强度，在包层外面还涂上两层被覆层。一次被覆层涂覆后称为光纤素线，二次被覆层涂覆后称为芯线，有单芯和双芯两种。

当光由光密介质n₁向光疏介质n₂折射时，若入射角大于由n₁、n₂决定的一个角度时，光将产生全反射，而不能进入光疏介质，这个角度称为临界角Q_c，即；

Q_c=arcsin（n₂/n₁）(https://www.daowen.com)

光导纤维的孔径角Q_a为

只要光从直线光纤端面入射的入射角小于光导纤维的孔径角时，光进入光纤后在n₂介质表面的入射角i（光线与介质n₂法线的夹角）就一定大于临界角，就一定产生全反射。这样，全反射条件为

i＞Q_c

即，入射角大于临界角。

孔径角Q_a的正弦，即，称为光纤的数值孔径，数值孔径越大，光纤收集光线的能力越强。