塑料光纤传光原理及应用浅论

　　由折射定律公式可得出：

　　n1sinθ1=n2sinθ2

　　这里n1、n2分为芯皮折射率，θ1、θ2分为入射角和折射角，设发生全反射的临界角为θm,此时θ2=90°，故而当入射角θ1>θm时，则光在芯皮界面上发生全反射，而当入射角θ1<θm时，则光在芯皮表面上出现折射，有一部分光从芯材泄漏至皮层外。由全反射临界角同样可推出光纤截面临界入射光纤角θ0，在空气和光纤截面界面上，同样有：

　　n0sinθ0=n1sin(90°－θm)=n1cosθm

　　其中，n0为空气折射率，设定其值同于真空折射率值1.0，即n0=1.0。

　　只有当外界光入射角θ小于θ0时，光线才能在光纤中以全反射的形式向前传播，从光纤一端传至光纤另一端，所以，光纤临界接受角为θ0。所以光在SI POF光纤的传输方式为全反射式锯齿型。

　　光纤数值孔径是光纤一个重要指标之一，NA值越大，则θ0越大，光纤临界入射角越大，则光纤端面接受光或发射光角度越大，光纤的集光能力愈强，愈便于光纤同光纤连接或同光源耦合。常规POF的光纤数值孔径参见如下表。

　　POF PS芯 PMMA PC芯 侧面发光POF

　　POF 芯POF POF (ESK-PH)

　　芯材折射率 1.59 1.495　1.59　1.475

　　皮材折射率 1.49 1.402 1.31 1.34

　　数值孔径NA　0.55　0.5 0.9 0.65

　　最大入射角 67° 60°　28° 75°

　　2.2 子午线在阶跃型光纤中的几何行程和反射次数

　　由于子午光线入射光纤中并不是同一角度，故而其在光纤中的几何行程也不相同。无论是子午线在光线中的行程计算公式还是反射次数计算公式，都是假定光纤是处于非常理想状态下——光纤非常直，光纤直径均匀，光纤内部无缺陷和光纤入射端面平直等，倘若光纤不在这一理想条件下，则入射子午线全反射的状况就会发生变化，如有的会从光纤中反射出，有的反射角会发生变化等，因此光纤的传输损耗也会增加。