【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

sin A = n 2

n1

和折射定律

可得

n0sini0=n1sini1

n sin i = n sin( π − A) = n cosA = n =

0 0 1 2 1 1

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

■图 4—6

图 4—7

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。