纤维光学

   

   纤维光学

fibre optics

研究光在光学纤维中的传输特性、光学纤维的制作技术及其应用的光学分支。20世纪50年代后兴起。光学纤维由核芯和包皮构成。根据核芯折射率的分布情况可分为均匀芯光学纤维和渐变折射率光学纤维两大类。前者的核芯折射率均匀分布，后者的核芯折射率沿其横截面的径向作不均匀分布，折射率是半径的特定函数。光学纤维的横截面有圆形和椭圆形；适用波段有红外、可见、紫外及X射线；传输特性有单模传输和多模传输；还有发光纤维、激活纤维及耐辐射纤维等特种类型。

研究光在纤维中传输的理论有两种：一种是根据几何光学中的全反射原理，不考虑光的波动性；另一种是以电磁波理论作基础，把光看作是电磁波，光学纤维就是一个波导管，从麦克斯韦方程组和边界条件出发，可求得特定光学纤维中允许存在的电磁波性质，每一种允许存在的电磁波称为模  。若纤维足够小，则仅有一个基模能在纤维中传输，称为单模光学纤维，其特点是色散小、传输信息容量大，在光纤通信技术中是人们最感兴趣的传输介质。

大量按一定阵列排列的光学纤维可用于图像的直接传送。纤维可按一定的秘密方式排列，使传输的图像失去原来的图形结构，然后用相应的纤维束将图形重新恢复，以达保密传送图像的目的。这种元件已应用于无线电传真系统。单根变折射率光学纤维具有聚焦和成像的性质，截取一定长度的纤维可制成棒状透镜，其直径可从几十微米直到几十毫米。制造损耗低、带宽大的光学纤维对光纤通信具有重大意义。