光纤的导光原理

　　本文以阶跃型为例来说明光纤的导光原理。阶跃型光纤的折射率是沿径向呈台阶状分布的，如下图所示。在图中m为包层折射率㈣为纤芯折射率。这种光纤的折射率沿轴向呈均匀分布。

　　为了简化分析，这里我们使用射线光学理论来说明光纤的导光原理。假设光纤为理想的直圆柱体，光线若垂直于光纤端面入射，并与光纤的轴线平行或重合，这时光线将沿纤芯轴线方向向前传播。若光线以某一角度入射到光纤端面时，光线进入纤芯会折射。当光线到达纤芯和包层交界面时，发生全反射或者折射现象。根据分析可知，在纤芯和包层交界面上形成全反射的光线将会长距离传输。如果入射角度过大，则光线将不会在纤芯和包层交界面上形成全反射，造成所谓的折射损耗。这种光线不能在纤芯和包层交界面上形成全反射，因此不会长距离地在光纤中传输。

　　要使光信号能够在光纤中长距离传输，必须使光线在纤芯和包层交界面上形成全反射，即入射角大于临界全反射角。

　　多模光纤(包括多模阶跃光纤和渐变光纤)的导光原理可以综述如下：当入射角小于孔径角巩的光线入射到光纤端面时，折射入纤芯的光线会周而复始地沿着光纤轴向，在芯包界面或芯包界面内发生全反射，从而使光线从光纤的一端传输到另一端。

　　对于阶跃型多模光纤，光是在纤芯和包层交界面不断地全反射前进的}对于渐变型多模光纤，光是是弧线前进的;而阶跃型单模光纤可看成光是沿着轴心前进的。

　　综上所述，现在光通信中实用的光纤都是圆柱形波导结构，利用纤芯、包层的折射率分布形状不同，可以构成传输性能不同的光纤。纤芯的折射率n1稍大于包层的折射率n2(即n1>n2)，使其在包芯分界面构成光波导管壁。

　　应当指出，把光的传输看做光线沿着光纤轴向周期性地前进只是一种近似处理，优点是比较直观。光波实质上是电磁被，它在光纤波导中的传输特性，只有从光的电磁理论上解释才能给以本质上的说明。

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