光导纤维原理-光纤原理

1．即光纤中传递光信号的部份，一般的光纤蕊心材料有石英玻璃与塑料(Plastic Optic Fiber－POF)，塑料光纤的价格约石英光纤的十分之一，石英光纤的核心口径(core diameter)较小，石英单模光纤约5~12μm，石英多模光纤约50~150μm，而塑料光纤的核心口径约1000μm。
2．外壳部份 (Cladding) ：即被覆在核心外围的部份，光线入射二不同介质时发生反射及折射现象，利用全反射，我们可很轻易的使用光纤来改变光的行进方向，且在过程中，光的损耗最小。为使光线能在核心中传送，因此光线需依全反射方式行进，所以核心部份之折射率须比外壳之折射率大。除此之外，如果我们希望光线能在核心入射外壳介质时发生全反射现象，那么光线在入射进光纤时其入射角亦不能太大，如图1-1-3-2，假设在界面一光线入射光纤入射角 θm 时，在入射外壳介质时发生全反射之临界现象，亦即在界面二光线折射角为90度，而在界面二光线入射角为θc，而在界面一光线入射角如大于 θm 时，光线将无法在在核心中传送。
设核心之折射率 n1
外壳之折射率 n2
在界面一光线折射角 θ₂

图1-1-3-2 在入射外壳介质时发生全反射之临界现象

在界面一，依折射定律可得
n1 sinθ₂ = sin θm
在界面二，依折射定律可得
n2 sin90°= n1 sinθc
又，θ2 = 90°-θc
可得
n2= n1 cosθ2 ， cos2 = n2 / n1
sinθ2 = ( 1- cos2θ2 )1/2
=( n₁²- n₂² )^1/2 / n1
sinθm = n1 sinθ2 =( n₁²- n₂² )^1/2
通常定义数值孔径 （numerical aperture） NA=( n1- n2 )^1/2

3．保护层 (Jacket) 保护在外壳周围，以防止损害光纤之外壳及核心。

图1-1-3-3 光纤折射率分布情况