光纤的结构

　　光纤为什么会像金属导线那样能够传输信号呢？在这里首先我们要清楚光纤到底是什么东西。光纤为光导纤维的简称，由直径大约为0.1mm的细玻璃丝构成。它透明、纤细，虽比头发丝还细，却具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构，它由折射较高的纤芯和折射率较低的包层组成，通常为了保护光纤，包层外还往往覆盖一层塑料加以保护,其中纤芯的芯径一般为50或62.5μm，包层直径一般为125μm。光纤通信就是因为光纤的这种神奇结构而发展起来的以光波为载频，光导纤维为传输介质的一种通信方式。

　　现在所说的通信光纤，是由纤芯和包层两部分组成的，如图所示。纤芯区域完成光信号的传输；包层则是将光封闭在纤芯内，并保护纤芯，增加光纤的机械强度，目前，通信光纤的纤芯和包层的主体材料都是石英玻璃，但两区域中掺杂情况不同，因而折射率也不同。纤芯的折射率一般是1.463～1.467（根据光纤的种类而异），包层的折射率是1.45～1.46左右。也就是说，纤芯的折射率比包层的折射率稍微大一些。这就满足了全反射的一个条件。当纤芯内的光线入射到纤芯与包层的交界面时，只要其入射角大于临界角，就会在纤芯内发生全反射，光就会全部由交界面偏向中心。当碰到对面交界面时，又全反射回来，如图(a)所示：光纤中的光就是这样在芯包交界面上，不断地来回全反射，传向远方，而不会漏射到包层中去。

　　当光纤弯曲时，光线是否还能沿光纤传播呢？因为任何通信线路都不可能完全笔直。回答是肯定的。当光纤拐弯时，如图（b）所示，只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到包层中去，仍然会全反射回来，只是来回反射的次数增多了。弯曲给光纤带来的光能损耗是很小的，例如把1km光纤绕在直径约10cm的圆筒上，所增加的光能损耗只有万分之几，可以忽略不计。

　　对电信号来说，只要把放大器的输出端与传输线连接起来，电信号就被送入线路中。而对光通信来说，情况就比较复杂了。光源发出的光照射在光纤端面上，照射在光纤端面上的光的一部分是不能进入光纤的，如其中的一部分从光纤端面反射掉了。能进入光纤端面的光也不一定能在光纤中传播，只有符合某一特定条件的光才能在光纤中发生全反射而传到远方。

　　当光线从空气中以某一入射角射入光纤端面时，由于空气折射率约为1，而石英光纤的折射率约为1.5。此时，光是从低折射率介质向高折射率介质传播，因此，在此种情况下，入射角总是大于折射角。光在光纤端面的反射很小，在此不予考虑。

　　当光线以某一角度射入纤维端面时，入射光线与纤维轴心线之间有一夹角，称为纤维端面入射角。光线折射进入光纤芯子后，继续入射到纤芯与包层之间的交界面上。当射入纤芯和包层交界面的光线的角度合适时，就可以产生全反射。否则光线就可能进入包层，这是人们不希望的。所以，进入光纤中的光必须以一定的角度范围入射，如果超过此范围，则会有一部分光线进入了包层，而跑到光纤外面去了。

　
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