塑料光纖傳光原理

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1、塑料光纖傳光原理　　摘要：塑料光纖POF之所以能傳光是因為光纖具有芯皮結構，光在POF中傳輸是按全反射原理進行的，光在SIPOF中的傳輸方式為全反射式鋸齒型，光在GIPOF中的傳輸方式為正弦曲線型；子午線就是光線的傳播路徑始終經(jīng)過光纖軸并在同一平面內(nèi)，選用子午線進行了參數(shù)計算，這些參數(shù)計算包括最大入射角或發(fā)射光角度、數(shù)值孔徑、子午線在階躍型光纖中的幾何行程及反射次數(shù)；側面發(fā)光POF和熒光POF也是按全反射原理進行傳光的，對于單芯側面發(fā)光POF多是由非固有損耗導致側面發(fā)光，而對于多芯側面發(fā)光POF則是由彎曲損耗產(chǎn)生側面發(fā)光的。熒光POF經(jīng)過特定波長光激發(fā)后發(fā)出特定波長的光，而且激

2、發(fā)光不僅可從端面入射，而且可從側面入射?！￡P鍵詞：聚合物光纖，塑料光纖，POF,傳光,原理　　1．前言　　光纖自身不能發(fā)光，但光纖可以傳光，用于照明；光纖照明所選用的光纖，按照光纖材質(zhì)的不同，通?？煞譃槭⒐饫w、多組分玻璃光纖和塑料光纖POF等，本文主要介紹POF的傳光原理，其它的光纖傳光原理同POF的傳光原理是一致的?！　∪藗兒茉缇陀^察到光在透明柱體中通過多次全反射向前傳播的現(xiàn)象，他們就是古代的玻璃吹制藝人。而首次科學闡述這一現(xiàn)象的，卻是英國皇家學會的約翰·丁達爾向英國皇家學會演示了一個著名的實驗，他當時用一只盛滿水的器皿，讓水從器皿的側孔中流出，這時投射在水中的光也隨著水流

3、傳導出來?！　　?880年，威廉·惠勒(WilliamWheeler)提出“管道照明”的設想，并獲得美國專利，這是有案可查的最早的“遙控照明”裝置，其基本原理是：用內(nèi)壁涂有反射層的管子把中心光源的光象自來水一樣引至若干個需要照明的地點,這實際上是光纖用于照明的雛形，光纖照明系統(tǒng)簡單地就可以看作是和上述的“管道系統(tǒng)”相類似的一個系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)中，所傳輸?shù)慕橘|(zhì)是光，而用以傳輸光的“管道”就是光纖，光纖可以把光線從光源處傳輸至需要照明的特定區(qū)域。1954年，《自然》雜志發(fā)表了Hopkin’s和Kapany成功地用一束10,000到20,000的纖維來傳輸圖像的文章,VanHeel發(fā)

4、現(xiàn)低折射率光纖包層的作用，纖維的圖像傳輸?shù)某晒崿F(xiàn)和光纖包層的提出這兩個進步標志著光導纖維作為一個新興學科的誕生,1966年,英國標準電信研究所英籍華裔科學家高錕()博士和在詳細研究了玻璃的傳輸損耗后,撰寫的文章《用于光頻的介質(zhì)纖維表面波導》發(fā)表在倫敦電氣工程師協(xié)會會刊上，他們從理論上指出:如果減少或消除光導纖維中的有害雜質(zhì)如過渡金屬離子，可大大降低光纖傳輸損耗,提高光纖的傳光能力，從而推動了光纖制造工藝的研究。美國杜邦DuPont公司亦在這一年向市場推出了世界上第一根POF[1]，POF就是光纖的一種,而光纖用于光纖照明的基本原理是利用光線在不同折射率介質(zhì)的界面發(fā)生全反射，實

5、現(xiàn)光在光纖中的高效傳輸以及光纖與光源的充分耦合，并通過與各種光學元件的組合，達到需要的照明效果，為了解光在光纖中的傳輸方式,現(xiàn)介紹子午光線在POF中的傳輸特性。　　2．光的基礎知識　　光是通過光源內(nèi)大量的分子或原子振動而產(chǎn)生的輻射。1894年，麥克斯韋從理論上指出，光是一種電磁波，1905年愛因斯坦提出光是一粒一粒的粒子流，每個粒子可被稱為光子。也就是說光既具有粒子性，又具有波動性，光在傳播時表現(xiàn)為波動性，而與物質(zhì)作用時又表現(xiàn)為粒子性。通常我們所說的光是電磁波的一種，它通常由紫外光、可見光和近紅外光組成，其中1-390nm波段的光為紫外光UV，波長為280-300nm波段為UV

6、-B，它的強光可以殺死或嚴重損傷地球上的生物;200-280um波段為UV-C，它的強光可以殺死地球上一切生物，包括人類,比紫外光頻率更高的還有X光和γ射線等;390-760nm波段的光為可見光；波長在760-1500nm為近紅外光，中紅外波段波長范圍為μm，遠紅外光譜波長范圍25-300μm,比遠紅外光頻率更小或波長更長的有毫米波、微波、短波、中波和長波等。而可見光又是由七色光組成的，即可見光含有紅色光、橙色光、黃色光、綠色光、藍色光和靛青光等色光[2]：?　　　紫色/nm靛青/nm藍色/nm綠色/nm黃色/nm橙色/nm紅色/nm　　　390-430430-450450-5

7、00500-570570-600600-630630-760　　　國際照明委員會統(tǒng)一規(guī)定的標準是：選水銀光譜中波長為700nm的紅光為紅基色光，波長為的綠光為綠基色光,波長為的藍光為藍基色光。常規(guī)POF一般在紫外光波段并沒有很好的透光性，而石英光纖和特制的液芯光纖在這一區(qū)域有很好的透光率，POF在可見光區(qū)域有很好的透光率，由POF芯材選用氟化和氘化聚合物材料制備的POF在近紅外光區(qū)域才有很好的透光率。　　　光在真空中的傳播速度C為3×108m/s，光的傳輸波長λ，頻率f和光速C之間關系參見如