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§第二節 纖纖細絲傳圖象

光學纖維是怎樣傳送圖象的呢?

將一定數量的單根纖維加以組合,即構成多芯的光學纖維束。在光學纖維束中,每根光學纖維之間有良好的光學絕緣,也就是說,每根光學纖維獨立傳光而不發生串光,並且兩端都一一對應地相關排列,這樣就構成了傳象的光學纖維束。當一個圖象入射在傳象光學纖維束的端麵上時,光學纖維束就按自己的排列規律,將入射圖象光束分成一個一個象元,數目和光學纖維束中的纖維根數相等。由此可見,這樣的光學纖維束,每根光學纖維的端麵就象一個取象孔,將圖象的一個象元“攝取”來;每根光學纖維都獨立地攜帶一個象元,由入射端傳送到出射端。換句話說,傳象纖維束將入射端的圖象分成一個一個象點,傳到出射端之後,又由一個一個象點組成圖象,就好象報紙上的新聞照片那樣。不過,光學纖維傳象的象點非常細密,因此,在光學纖維束的收方一端就可得到完全不變的圖象。

光學纖維傳送圖象,是光信號在纖維內傳輸完成的。我們知道,光波是電磁波,電磁波是交變的電場和磁場,在空間相互交替地變換而向前傳播。光波在光學纖維內傳播時,有由全反射而沿傳播方向前進的波,又有從末端反射回來的波,還有不均勻界麵上反射的波,這些波在纖維芯內相互重迭、相互幹涉,形成了各種各樣的電磁場分布形式。這樣一來,激光器發給圓柱形纖維入射端的一個完整圓形光斑的信號,經過纖維傳送一段距離之後,在纖維另一端截麵上的信號卻分裂為幾個小光斑。我們所看到的這種光斑,正是此截麵處電磁場分布的“圖象”。電磁場的各種分布形式,稱為“模式”。要想使光纖傳輸無失真,即從激光器發給纖維入射端是圓形光斑,在纖維終端仍得到圓形光斑,那末,就要求保持纖維以基模傳輸。如果一個圓形光斑經過纖維傳輸後分裂成許多小光斑,就出現了許多的雜散的高次模。而這些雜散的高次模,都是從有用的基模光波中轉換來的,由於它們經過的路徑不同,有的損失在包皮中,有的穿透包皮而輻射出去,因而造成了光能量的損耗。而且,由於這些雜散模在纖維中傳輸時速度也和基模不一樣,因而到達終端的時間也就不一致,產生了所謂“延時失真”。