多组分玻璃光纤传象束

多组份玻璃光纤传象束

——基本原理介绍

一，全反射原理

图1 光的反射与折射(a)反射(b)折射

光从波疏媒质进入波密媒质，当入射角θin增大到一定的角度时，折射光就会全部消失。即θin>=arcsin。其中θc＝arcsin，称为临界角，这样的光线传播称为全反射。

要产生全反射有两个条件：第一，光必须从折射率大的介质射入折射率小的介质；其

次，入射角必须大于临界角。

二，单根光纤传光原理

光导纤维是利用光的全反射原理来传递光和图像信号。单根光导纤维由高折射率的纤芯层和低折射率的皮层组成

单根玻璃光学纤维我们简称之为单丝，光线在单丝中的传播主要涉及光的折射和全反射，当光纤以角度U入射在单丝的一个端面上，经过折射进入单丝，它在芯料与皮料交界面上以角度I 进行反射，如图2所示，当入射角U适当时，使反射角I大于交界面全反射临界角，则入射光线在交界面上发生全反射，如果单丝是均匀圆柱体，则入射光线在单丝内部经过若干次全反射后从单丝另一端出射，这就是光线在单丝中传播的简单原理。

三，玻璃光纤传象束传象原理

单根光导纤维仅能传递一个点信号，当大量的光纤有序排列后就可传递图像，在图像的输入端，传象束中的每一根光导纤维捕捉一个点信号，通过全反射传至另一端，汇聚后形成被传的象，见图3。

纤维的有序排列分正方形排列和六角形排列，见图4，正方形排列的极限分辨率为

R正=1/2d

六角形排列的极限分辨率

R六=1/sqr(3)d

六角形排列分辨率最高。

四，传象束主要指标

影响传象束使用性能的因素很多，其中最为主要的指标是数值孔径﹑透过率和分辨率。

我们用数值孔径表示光学纤维集光能力的大小，透过率表示光通过传递后所剩强度的大小，而分辨率决定了图像被传播后的清晰度。

如图1所示，n1,n2分别表示玻璃芯料和皮料的折射率，n0表示周围介质（通常为空气）折射率，若满足n1sinI=n2sin90°,则I为全反射的临界角，用I c表示，这时有sinI c=n2/n1。（1-1）由于U’c=90°-I c,则cosU’c=n2/n1,可以算出sinU’c=sqr(1-(n2/n1)2) .(1-2)

又因为n0sinU=n1sinU’,则n0sinU c=n1sinU’c=sqr(n12-n22)

计算表明当I≥I c，也就U≤U c时，入射光线才能满足全反射。

数值孔径用N.A.表示，其定义为

N.A.子= sqr(n12-n22)

可以看出数值孔径的大小直接与光导纤维芯料和皮料的折射率有关，芯料与皮料的折射率相差越大，则集光能力就越强。

传象束的透过率则与所使用的材料﹑数值孔径及象束的几何尺寸有关.

传象束一般为六角形排列，分辨率与单丝的直径成反比，因此单丝的直径越细分辨率越高。