[科目]  物理

[关键词]  物理科普/光导纤维

[文件]  wlkp5.doc

[标题]  光导纤维

[内容]

光导纤维

光导纤维是利用全反射规律而使光沿着弯曲途径传播的光学元件。它是由非常细的玻璃纤维组成束，每束约有几万根，其中每根通常都是一种带套层的圆柱形透明细丝，直径约为5～10微米，可用玻璃、石英、塑料等材料在高温下控制而成。它已被广泛地应用于光学窥视（传光、传像）和光通讯。光导纤维的结构如图4—6所示，内层材料选取的折射率大，外层材料的折射率低，就是要在内外层之间的界面上产生全反射，以保证光的传输效率。如图4—7所示，单箭头线表示临界光线，它在内外层分界面上的入射角等于或小于临界角A。若在折射率为n0的媒质中入射角大于i0的那些光线（以双箭头表示），在n1、n2分界面上的入射角就小于A，这些光线无法通过纤维而在其中传播。只有在媒质n0中其顶角为2i0的锥体内的全部光线才能在光学纤维中传播，根据临界角的定义

和折射定律

n0sini0=n1sini1

可得

所以对于一定的n1和n2，i0的值是固定的，纤维所容许传播的光线所占的范围是一定的。要使更大范围内的光束能在光学纤维中传播，应该选择n1和n2的差值较大的材料。通常把n0sini0的值叫做光导纤维的数值孔径。光导纤维可用于潜望镜和内窥视系统，它可以窥视人眼所观察不到的或有损于人体健康的地方。国防上可以制成各种坦克、飞机或舰艇上的潜望镜。医学上可以用来制作胃、食道、膀胱等内腔部位进行检查和诊断的各种医用窥镜。如果配有大功率激光传输的光学纤维，还可进行内腔激光治疗。由于光纤通讯与电通讯相比具有许多优点，诸如抗电磁干扰性强、频带宽和保密性好、通讯容量大，设备轻巧，制取纤维的二氧化硅的资源又十分丰富。近年来已有数百条光纤通讯线路在世界各地进行试验或正式运行。光导纤维的问世，为光能的应用开辟了更广阔的天地。