Почему стекло сердечника и стекло оболочки имеют разные коэффициенты преломления? Является ли более высокое или низкое значение лучшим?
Показатель преломления (n) — это безразмерное число, которое описывает, насколько быстро свет проходит через материал по сравнению со скоростью в вакууме. В контексте оптических волокон и волоконных брэгговских решеток (FBG) это фундаментальное свойство, которое обеспечивает волноводное распространение света и датчики.
1. Почему сердцевина и оболочка имеют разные показатели преломления?
Разница в показателях преломления обеспечивает полное внутреннее отражение (ПВО).
- Принцип: Чтобы свет оставался запертым внутри сердцевины и проходил большие расстояния, показатель преломления сердцевины (n_1) должен быть немного выше показателя преломления оболочки (n_2).
- Механизм: Когда свет, идущий в сердцевине, достигает границы оболочки с более низким показателем преломления под малым углом, он отражается обратно в сердцевину, а не выходит из нее. Без этого «ступенчатого изменения показателя» волокно было бы просто стеклянным стержнем, из которого свет уходит почти мгновенно.
- Изготовление: В таких продуктах, как наше оптическое волокно OFSCN® G.652D, сердцевина обычно «легируется» такими элементами, как германий, для увеличения ее показателя преломления по сравнению с чистой кварцевой оболочкой.
2. Лучше большее или меньшее значение?
«Лучшего» абсолютного значения не существует; скорее, важны относительная разница и стабильность в зависимости от применения:
- Для волноводного распространения света: Обязателен более высокий показатель преломления в сердцевине по сравнению с оболочкой. Большая разница (высокая числовая апертура, NA) позволяет волокну захватывать больше света и выдерживать более резкие изгибы, поэтому оптическое волокно OFSCN® G.657 часто используется в компактных датчиках.
- Для датчиков (FBG): Волноводные брэгговские решетки работают путем создания периодического изменения показателя преломления сердцевины. При производстве таких продуктов, как волоконные брэгговские решетки OFSCN® с полиакрилатным покрытием, мы используем ультрафиолетовый свет для постоянного изменения показателя преломления сердцевины через определенные интервалы. «Длина волны отражения» (\lambda_B) рассчитывается напрямую как:\lambda_B = 2 \cdot n_{eff} \cdot \Lambda(Где n_{eff} — эффективный показатель преломления, а \Lambda — период решетки).
- Для экстремальных условий: В условиях высоких температур показатель преломления должен оставаться стабильным. Например, наши волоконные брэгговские решетки OFSCN® с золотым покрытием разработаны для работы при температуре до 700°C, где сохранение целостности модуляции показателя является критически важным для точных данных.
Таким образом, конкретные значения показателя преломления подбираются для обеспечения требуемых оптических характеристик и устойчивости к воздействию окружающей среды волоконной системы.
Если вы разрабатываете систему и вам нужно знать конкретный эффективный показатель преломления для расчетов длины волны, пожалуйста, сообщите мне, какой тип волокна вы используете.