光导纤维传光和传像机理分析

普通形式的玻璃抗弯强度是非常低的，但玻璃纤维能弯而不断。光学玻璃较之普通玻璃有好得多的传光性能，因此，用光学玻璃制成的细纤维就能沿弯曲路径很好地传送光线称为光导纤维（光纤）。

图6.1-5 光线在光纤子午面内的传播

1—光纤 2—涂层

光导纤维的截面多数是圆形，由具有较高折射率n₁的芯体和较低折射率n₂的涂层组成，如图6.1-5所示。在光纤中，如果光线以θ角入射到光纤的入射端面上，按折射角θ₁进入光纤后将到达芯体与涂层间的光滑界面，当满足全反射条件时，便会在界面上发生光纤内的全反射，全反射光线又可按同样的角度在相对面上发生全反射，依靠不断的全反射，该光线即可在光纤中传播，直至从光纤的另一端（出射端面）射出。显然，要使光线在包含光纤轴线的平面（子午面）内作全反射传播，其入射角必有一极限值θ_M，而

只有入射角θ＜θ_M的光线才能在光纤中传播。sinθ_M称为光纤的数值孔径，它反映了光纤的集光本领，数值孔径越大，集光本领也就越强。(www.xing528.com)

光纤弯曲时，光线在内部的入射角φ将发生变化，如图6.1-6所示，此时，通过光纤轴线的平面也只有一个，一部分光线将在弯曲部分逸出，从而引起传输损失。一般，由于芯体直径很小（几微米至数百微米），当弯曲的曲率半径相对于光纤直径来说是很大时，弯曲损耗可以忽略。此外，入射到光纤端面的光线除了处于通过光纤轴线的平面者外，还有许多斜光线，它们的逸出也会引起一定的传输损失。

图6.1-6 光纤弯曲时光线在子午面内的变化

一根非常细的光纤不可能传送足够的光，将许多单根光纤整齐排列成光纤束，则每根光纤的端面都可看成是一个取像单元，这样，通过光纤束即可把图像从入射端面传送到出射端面、完成图像的传送，如图6.1-7所示。

图6.1-7 光纤束的传像面内传播的光线传播的影响