2) больше, чем показатель
3) меньше, чем показатель (+)
4) равен показателю
В оптическом волокне свет распространяется преимущественно по сердцевине за счёт явления полного внутреннего отражения на границе с оболочкой. Для его возникновения показатель преломления сердцевины n1 должен быть выше показателя преломления оболочки n2. При таком соотношении луч, падающий на границу под углом больше критического, не выходит в оболочку, а отражается обратно в сердцевину.
Критический угол определяется соотношением sin θкр = n2/n1. Если показатели преломления сердцевины и оболочки равны либо показатель оболочки выше, условие полного внутреннего отражения не выполняется, и энергия излучения будет распространяться наружу с потерями. Разность показателей преломления также определяет числовую апертуру волокна: в приближении для воздуха NA = √(n12 − n22).
| Тип или характеристика волокна | Профиль показателя преломления | Основной физический признак | Практическое значение |
|---|---|---|---|
| Стандартное оптическое волокно | nсердцевины > nоболочки | Полное внутреннее отражение на границе сред | Передача света с ограниченными потерями |
| Многомодовое со ступенчатым профилем | Резкий переход от высокого показателя в сердцевине к более низкому в оболочке | Распространение множества мод | Выраженная модовая дисперсия и ограниченная дальность передачи |
| Многомодовое с градиентным профилем | Показатель преломления постепенно уменьшается от центра к периферии сердцевины | Различные моды проходят пути с частичной компенсацией временной задержки | Меньшая модовая дисперсия по сравнению со ступенчатым профилем |
| Одномодовое волокно | Сердцевина малого диаметра и разность показателей, обеспечивающая одну распространяющуюся моду | Практически отсутствует модовая дисперсия | Высокая пропускная способность и передача на большие расстояния |
| Числовая апертура | Зависит от разности nсердцевины и nоболочки | Определяет диапазон углов ввода излучения | Чем больше разность показателей, тем шире допустимый конус ввода |
| Нарушение условия световодности | nсердцевины ≤ nоболочки | Полное внутреннее отражение не обеспечивается | Усиление утечки света и снижение эффективности передачи |
Именно поэтому оболочка выполняет не только защитную, но и оптическую функцию, формируя границу для удержания излучения в сердцевине. Даже при правильном соотношении показателей преломления потери могут возрастать из-за поглощения, рассеяния, изгибов и дефектов соединения. В медицинской оптике и лазерных системах характеристики волокна выбирают с учётом длины волны, требуемой числовой апертуры и допустимой мощности излучения.