光纤的导光原理
光是一种频率极高的电磁波,而光纤本身是一种介质波导,因此光在光纤中的传输理论是十分复杂的。想要全面地了解它,需要应用电磁场理论,波动光学理论,甚至量子场论方面的知识。
为了便于理解,本教材从几何光学的角度来讨论光纤的导光原理,这样会更加直观、形象、易懂。更何况对于多模光纤而言,由于其几何尺寸远远大于光波波长,所以可把光波看做一条光线来处理,这正是几何光学处理问题的基本出发点。
全反射原理
当光线在均匀介质中传播时是以直线方向进行的,但在到达两种不同介质的分界面时,
会发生反射与折射现象。光的反射与折射所示。
根据光的反射定律,反射角等于入射角;根据光的折射定律,其中,纤芯的折射率;为包层的折射率。 显然,若纤芯的折射率,>包层的折射率,比值增大到一定程度,就会使折射角Q>90。,此时的折射光线不再进入包层,而会在纤芯与包层的分界面上掠过时,或者重返回到纤芯中进行传播(以>90。时)。这种现象叫做光的全反射现象,人们把对应于折射角岛90的入射角叫做临界角(0),可以很容易得到临界角。
不难理解,当光在光纤中发生全反射现象时,由于光线基本上全部在纤芯中进行传播,没有光跑到包层中去,所以可以大大降低光纤的衰耗。早期的阶跃型光纤就是按这种思路进行设计的。
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