光导纤维的工作原理

光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而 达成的光传导工具。光纤实际是指由透明材料做成的纤芯和在它周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层，并将射入纤芯的光信号，经包层界面反射，使光信号在纤芯中传播前进的媒体。一般是由纤芯、包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。光纤有两项主要特性：即损耗和色散。光纤每单位长度的损耗或者衰减（dB/km），关系到光纤通信系统传输距离的长短和中继站间隔的距离的选择。光纤的色散反应时延畸变或脉冲展宽，对于数字信号传输尤为重要。每单位长度的脉冲展宽，影响到一定传输距离和信息传输容量。光纤通信是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。

光导纤维：全反射原理的实际应用

光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。

1、构成材料

光导纤维由芯线和外涂层组成。

一般要求芯料的透光率高，而涂层材料要求折射率低，并且要求芯料和涂料的折射率相差越大越好。在热性能方面，要求两种材料的热膨胀系数相接近，若相差较大，则形成的光导纤维产生内应力，使透光率和纤维强度降低。另外，要求两种材料的软化点和高温下的粘度都要相接近。

2、实际应用

(1)光纤通讯—信息高速公路

激光是进行光纤通信的理想光源。 光缆的直径不到 0．1毫米，然而在这种小小的信息通道上，从理论上讲，同时能传送100亿路的电话，100万路高质量的电视节目，且不受电磁干扰，信息损失也极小。而目前一对直径为0．65毫米的铜线仅能同时提供24路电话，一条直径为76．2毫米包括22个铜轴管的铜轴电缆，也只能同时传送4万路电话或23个电视频道的节目，同时利用铜或其他金属导线，将会占据很大的空间，而且价格高，还会受电磁的干扰。

光导纤维的原料就是我们常见的石英。 1公斤高纯度的石英玻璃可以拉制出成千上万公里的光导纤维，要制造100公里的1800路电话的铜轴电缆则需要耗铜12吨、铅50吨，光缆的直径仅是铜轴电缆的1／50—1／250，其重量仅为后者的百分之一。由于体积小，重量轻，可沿电缆同孔铺设，节省了管道建设费用，长途干线用光缆代替电缆，可节省30％的费用。在宇航和军事航空上更可大显身手，被称为材料科学的神通。

(2)医用内窥镜

光导纤维可以用于食道、直肠、膀胱、子宫、胃等深部探查内窥镜（胃镜、血管镜等）的光学元件和不必切开皮肉直接插入身体内部，切除癌瘤组织的外科手术激光刀，即由光导纤维将激光传递至手术部位。

(3)照明和光能传送

利用光导纤维可以实现一个光源多点照明，光缆照明，可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲变形，可做成任何形状，以及耗电少、光质稳定、光泽柔和、色彩广泛，是未来的最佳灯具，如与太阳能的利用结合起来将成为最经济实用的光源。今后的高层建筑、礼堂、宾馆、医院 、娱乐场所、甚至家庭都可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁，以及彩织光导纤维字画等，也可用于道路、公共设施的路灯、广场的照明和商店橱窗的广告。此外，还可用于易燃、易爆、潮湿和腐蚀性强的环境中不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。

(4)光纤服装

法国一公司首创了光纤喷砂打磨技术。用该方法处理后，可使激光沿着光导纤维束传播而不受其包裹在外层的有反光作用的护套的影响。用这种光导纤维束织成的布料可通过发光传递信息。这些信号在黑暗里或浓烟密布中，可起到很大的救生作用。若用光导纤维织物制作带传感器的消防服，则其上的传感器装置可探测出化学危害并通过发光显示，以警示附近其他人员。若特种部队穿上这种面料制成的迷彩服，真成了 “变色龙”。

把石英玻璃拉成几十微米的细丝，包上一层折射率比它小的材料，入射角度适当的光束就可以在其中传播，而不会漏射。把数以万计的光导纤维整齐地排成一束，并使每根光导纤维在两端的位置上一一对应，就可以做成光缆。

光导纤维
主要是利用全反射原理，使光只发生发射，不发生折射，是损失达到最小

光导纤维的构造和原理