光,能像電那樣,在導線中流過嗎?能。這種傳光的“導線”,是一種內芯透明、外帶包層的光導管。這種傳光的“導線”,像電線有單芯的和多股的一樣,也有單芯的和多芯複合的。由於它直徑很小,隻有幾微米到幾十微米,比頭發絲還細,所以稱之為光學纖維或光導纖維。
光導纖維為什麽能夠傳輸光呢?
我們先來看看日常生活中的情景吧。黑夜,我們打開手電筒,一束光就照射到對麵的物體上,這因為光是直線傳播的。如果要改變光的傳播方向,可以在光束前進的路上放置一麵反光的鏡子。提到鏡子,我們都不陌生,麵對著鏡子,可以看到身後的東西,這是因為光的反射的緣故。這些實例,都是普通光學係統傳輸光束和圖像的原理。
同日常生活中的種種情景類似,光導纖維就是使光線在纖維絲內部多次反射而傳輸光的一種光學元件。
英國物理學家丁達爾曾做過一個有趣的實驗,在暗室裏放置一個容器,底部側麵開一個小口,水從小口自由地流出來。在對麵用一束平行光束照射正在流出來的水,這時,看到一種奇妙的現象:直線前進的光,竟然順從地沿著水流傳播了。但是,光的傳播方式並沒有改變,仍是直線傳播的,隻不過由於光線在前進的路上多次碰“壁”——水流和空氣的分界麵,不得不調過頭來——反射的結果。這樣,經過多次完全內反射,光沿著彎曲的路徑不斷前進,最終隨著水流而出。當然,也會有一部分光“掉隊”的,這是由於界麵上水中雜物和氣泡使光發生散射而“遺漏”的,也正是因為這個緣故,水流看起來是閃亮亮的。
光導纖維就是這樣構成的。
我們來看看包層式光導纖維吧。這種光導纖維,通常是由玻璃纖維芯和玻璃包皮構成的,芯的折射率比包皮的折射率略大些。芯和包皮之間有較好的光學接觸,形成良好的光學界麵。光導纖維的芯的直徑為50—70微米,而芯和皮的總直徑為100—200微米。外麵,通常加有護套,帶護套的光導纖維的直徑也隻有1毫米。