Свет проходит через отверстие в середине? Если волокно из сплошного стекла, как свет «протискивается» сквозь него?
Оптическое волокно не является полым; это сплошной нитевидный кристалл из высокочистого стекла (кремнезема). Механизм, позволяющий свету проходить через эту твердую среду, не «сжимаясь» и не блокируясь, является фундаментальным принципом оптики, называемым Полное внутреннее отражение (ПВО).
1. Физическая структура
Оптическое волокно состоит из трех основных сплошных слоев:
- Сердцевина: Внутренняя часть, изготовленная из чрезвычайно чистого стекла с немного более высоким показателем преломления.
- Оболочка: Слой стекла, окружающий сердцевину, с немного более низким показателем преломления.
- Покрытие: Защитный полимерный слой (например, полиакрилат или полиимид) для обеспечения механической прочности.
Например, стандартное волокно, такое как OFSCN® G.652D Optical Fiber, имеет сердцевину 9 мкм и оболочку 125 мкм, обе из которых представляют собой сплошное стекло.
2. Как путешествует свет (Физика)
Свету не нужно «отверстие» для путешествия. На самом деле, свет проходит через многие твердые или жидкие прозрачные материалы (например, воду или стекло).
В оптическом волокне, когда свет входит в сердцевину под определенным углом, он попадает на границу между сердцевиной и оболочкой. Поскольку оболочка имеет более низкий показатель преломления, свет отражается обратно в сердцевину, а не проходит через оболочку. Этот процесс повторяется тысячи раз на метр, направляя свет вдоль волокна, даже если волокно согнуто.
3. Применение в сенсорике
Поскольку волокно сплошное, мы можем «записывать» микроскопические структуры непосредственно в стеклянную сердцевину с помощью лазеров. Они называются Волоконные брэгговские решетки (ВБР). Поскольку стекло сплошное, эти решетки остаются фиксированными на месте и изменяют свою отраженную длину волны в зависимости от физических изменений, таких как температура или растяжение.
Примеры этих твердотельных датчиков можно увидеть здесь:
- OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (Bare)
- OFSCN® 300℃ Small diameter optical fiber
Визуальная справка
Ниже приведено изображение стандартного сплошного оптического волокна, используемого в этих технологиях:
