根据光学原理,当光线从一种介质进入另一种介质时,在两种物质的交界处会发生折射现象,如图所示。
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图1 光纤截面图 |
图2 光的折射和反射示例 |
图3 光纤中光的传输示意图 |
若光源的入射角度为α,一部分光线在表面以α角反射回来,而另一部分光线将穿越边界,进入另一种物质媒体,即折射光。折射光不会按直线射出,它和边界的夹角为β。例如,在二氧化硅/空气界面上,光线以21?角射入,将以31?角度出。
如果第一种媒体的光密度大于第二种媒体,则β<α,反之则β>α。物理学家用折射率来衡量这种关系,折射率定义为cos(α)和cos(β)的比。如果cos(α) < cos(β),则α> β。因此,当折射率小于1,表明光线正在进入一种光密度较小的媒体。
一个有趣的现象是,在折射率小于1的情况下,当入射角α小于某个特定的临界值时,将不发生折射。即光线将全部反射回第1种媒体,而不会漏射入第2种媒体。这就是光纤的工作原理。
根据光纤的工作原理,光线将被完全限制在光纤中,可以无损耗的传输几十公里。由于光线是端到端传输的,我们可以将光纤想像成一个几十公里厚的玻璃,并且是透明的。