После снятия цветной оболочки, является ли блестящее стекло внутри светопроводником?
После снятия цветной внешней оболочки (покрытия) «блестящее стекло», которое становится видимым, не всё предназначено для передачи света. Эта стеклянная часть фактически состоит из двух слоёв, отличающихся по физической и оптической структуре: оболочки (Cladding) и сердцевины (Core). Только «сердцевина», расположенная в самом центре и неразличимая невооружённым глазом, фактически используется для передачи светового сигнала.
Трёхслойная физическая структура оптического волокна
Стандартное оптическое волокно состоит из следующих трёх слоёв, считая снаружи внутрь:
- Внешний слой: Покрытие (Coating)
Это та самая «цветная оболочка», которую вы снимаете (обычно изготавливается из полиакрилатов, полиимида и т. д.). Покрытие не участвует в передаче света; его основная функция — защита хрупкого внутреннего стекла от механических повреждений, царапин и влаги. Наружный диаметр стандартного телекоммуникационного покрытия оптического волокна обычно составляет 250\ \mu\text{m} или 255\ \mu\text{m} . - Средний слой: Оболочка (Cladding)
Это основная часть «блестящей стеклянной нити», видимой невооружённым глазом после снятия покрытия. Наружный диаметр оболочки стандартного одномодового волокна составляет 125\ \mu\text{m} . Показатель преломления оболочки (обозначим его как n_2 ) немного ниже, чем у сердцевины. Её основная функция не прямая «передача света», а удержание света внутри сердцевины посредством механизма полного внутреннего отражения (Total Internal Reflection), предотвращая утечку световой энергии наружу. - Внутренний слой: Сердцевина (Core)
Крайне тонкий канал, расположенный точно в центре стеклянной нити, с более высоким показателем преломления (обозначим его как n_1 ), что обеспечивает условие полного внутреннего отражения ( $ n_1
u003e n_2 ). Для стандартного одномодового волокна (SMF) диаметр сердцевины составляет всего около 9\ \mu\text{m} $ . Это и есть физический канал, который фактически используется для направления и передачи светового сигнала.
Почему разницу невозможно увидеть невооружённым глазом?
Это связано с тем, что сердцевина и оболочка при изготовлении изготавливаются путём плавления и вытягивания высокочистого диоксида кремния (кварцевого стекла), и они уже полностью срослись. То, что сердцевина имеет немного более высокий показатель преломления, обусловлено искусственным легированием диоксида кремния крайне малыми количествами элементов (например, диоксидом германия \text{GeO}_2 ). Такое легирование абсолютно прозрачно и однородно на вид, поэтому невооружённым глазом невозможно различить, что внутри этой 125\ \mu\text{m} стеклянной нити существует сердцевина диаметром 9\ \mu\text{m} .
Сравнение со стандартными техническими характеристиками продукции
Возьмём в качестве примера стандартные спецификации оптического волокна, предоставляемые Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), чтобы наглядно увидеть геометрическое распределение этих трёх слоёв:
- OFSCN® G.652D Optical Fiber
- Диаметр сердцевины: 9\ \mu\text{m}
- Диаметр оболочки: 125\ \mu\text{m}
- Диаметр покрытия: 255\ \mu\text{m} (то есть снятый цветной слой)
- OFSCN® G.657 Optical Fiber (одномодовое волокно, нечувствительное к изгибам)
- Диаметр сердцевины: 9\ \mu\text{m}
- Диаметр оболочки: 125\ \mu\text{m}
- Диаметр покрытия: 255\ \mu\text{m}
Итог
Когда вы снимаете цветную внешнюю оболочку:
- Стеклянная нить диаметром 125\ \mu\text{m} , которая предстаёт перед вашими глазами, — это в основном оболочка, выполняющая функцию ограничения и отражения света.
- То, что фактически используется для передачи света, — это сверхтонкая сердцевина диаметром всего 9\ \mu\text{m} , расположенная в центре этой стеклянной нити и занимающая лишь около 0.5\% её общей площади поперечного сечения.