光纤导光的基本原理

根据光学理论 ，在尺寸远大于波长而折射率变化缓慢的空间 ，可以用几何光学的方法分析光波的传播现象，这对于光纤中的多模光纤是完全适用的。因此，我们采用几何光学的方法来分析光纤导光原理。

1)斯乃尔定理

斯乃尔定理认为，当光由光密物质 (折射率大)出射至光下物质 (折射率小)时，发生折射如图12- 27(a)所示，其折射角大于入射角 ，即n₁>n₂时，n₁、n₂、θ_r、θ_i之间的关系为

n₁sinθ_i = n₂sinθ_r

可见 ，和人射角θ_i增大时，折射角θ_r 也随之增大，当θ_r=90℃时θ_i仍小于90℃，此时，出射光线沿界面传播，如图(b)所示。这种情况称为临界状态。这时有下图式子其中θ_io称为临界角。

  当θ_i>θ_io并继续增大时，θ_r>90℃，这时便发生完全反射现象，如图（c）所示，其中出射光不再折射而全部反射回来。

2）光纤结构

   光纤结构如图12-28所示。光纤呈圆柱形，它通常由玻璃纤维芯和玻璃包皮两个向心圆柱的双层结构组成。

   纤芯位于光纤的中心部位，光主要在这里传输。纤芯折射率比包层折射率稍大些，两层之间形成良好的光学界面，光线在这个界面上反射传播。

3）光纤导光原理及数值孔径

图12-29是光纤导光示意图。由图可以看出，入射光线AB及与纤维轴线OO’相交角为θ_i，入射后折射（折射角为θ_i）至纤芯与包皮界面C点，与C点界面法线DE呈θ_k角，并由界面折射至包层，CK与DE夹角为θ_r。由图12-29可以得出下图式子