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§第一节 一个有趣的实验(第2页)

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这样,经过多次完全内反射,光沿着弯曲的路径不断前进,最终随着水流而出。

当然,也还会有一部分光“掉队”

的,这是由于界面上水中杂物和气泡使光发生散射而“遗漏”

的,也正是因为这个缘故,水流看起来是闪亮亮的。

光学纤维就是这样构成的。

我们来看看典型的包层式光学纤维吧。

这种光学纤维,通常是由玻璃纤维芯和玻璃包皮构成的,芯的折射率略大于包皮的折射率,芯和包皮之间有较好的光学接触,形成良好的光学界面。

光纤维的芯直径为50~70微米,而芯和皮的总直径为100~200微米。

外面,通常加有护套,带护套纤维的直径也只有1毫米左右。

光线在光学纤维中传播的情况。

如果光学纤维是直的,光线从垂直于纤维的端面入射,进入纤维之后,与纤维轴心线平行或重合,这时光线可以穿过纤维芯部,沿着直线方向向前传播。

光线若是以某一角度射到纤维的端面上,入射光线与纤维轴心线之间的夹角称为纤维端面入射角。

光线经过折射而进入纤维内部,又射到芯和包皮之间的光滑界面上,入射光线与此光滑界面的法线构成夹角,称之为纤维包层界面入射角。

如果入射角选择得适当,光线就会在界面上发生完全内反射。

因而包层界面反射角有一个产生全反射的临界值,当包层界面入射角等于或大于光线就会产生全反射,而不会射入包层中去。

相应,有一个临界端面入射角。

如果端面入射角大于包层界面入射角,将小于光线,此时不会产生全反射,光线就要有一部分射入包层而跑到纤维外面去。

如果端面入射角等于或小于,包层界面入射角将等于或大于光线,这样就满足了全反射条件,入射光线将在芯和包层的界面上不断地产生全反射,如此向前传播过去。

如果纤维是均匀的圆柱体,则入射光线就可以在纤维内经过若干次全反射,视纤维长度和直径不同,可能是几千次、几万次、几亿次,而后就由光学纤维的一端传到了另一端。

实际上,光学纤维往往是弯曲的,只要弯曲程度在允许范围内,就不会影响光在纤维内部的传播,这是一个很可贵的特性。

正因为有这样的特性,在实用中才可能利用光学纤维或光缆,引导激光转弯传输或者转弯辐射。

光学纤维的临界端面入射角,称为纤维的孔径角。

从大小表示光学纤维对光可接收的范围越大,纤维入射端的截面上接收的光的范围就越大,射入纤维芯部的光也就越多。

在角以外的光线都会穿过包层散射掉。

由此可见,孔径角越大,激光束越容易射入纤维芯中去,因此,在光源与纤维之间作耦合就越方便。

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