本教程包含以下部分：
① 玻璃光纤中的导光
② 光纤模式
③ 单模光纤
④ 多模光纤
⑤ 光纤末端
⑥ 光纤接头
⑦ 传播损耗
⑧ 光纤耦合器和分路器
⑨ 偏振问题
⑩ 光纤的色散
⑪ 光纤的非线性
⑫ 光纤中的超短脉冲和信号
⑬ 附件和工具
这是 Paschotta 博士的无源光纤教程的第 1 部分
第一部分：玻璃光纤中的导光
任何光纤的基本功能是引导光，即充当介电波导：注入一端的光应在光纤中保持引导。换言之，必须防止其丢失，例如通过到达外表面并从那里逃逸。我们这里针对玻璃光纤进行说明，但是塑料光纤的工作原理是一样的。原则上，引导光的最简单解决方案是均匀的玻璃棒。（如果足够薄，它也可以弯曲到一定程度。）外表面可以通过全内反射反射光线。由于大的折射率对比，这适用于相当大范围的输入光束角度，原则上不需要任何功率损失。
图 1： 全内反射可用于在均匀光纤中引导光。
请注意，只有部分反射发生在入射角较小的端面上。
然而，这个简单的解决方案有一些关键的缺点：
然而，人们可以修改非常干净的涂层的想法：使用另一个玻璃区域，其折射率比核心玻璃稍小，作为包层：
图2： 具有包层的多模玻璃光纤，由折射率稍低的玻璃制成。玻璃/玻璃界面会发生全内反射，但入射角需要更大。
这给了我们几个优势：玻璃比塑料缓冲涂层更干净、更均匀。这已经减少了损失。
由于反射点处的折射率对比度降低，界面的小不规则性不会像玻璃/空气界面那样造成严重的光学损失。外部界面的不规则不再重要，因为光线无法“看到”它们。
如果需要，现在可以将引导区域（称为光纤芯）做得比整个光纤小得多。可以调整核心尺寸，例如适应一些小型光发射器的尺寸。
结合小核心尺寸和弱指数对比度，甚至可以获得单模制导（见下文）。
但是请注意，较小的折射率对比度意味着较小的接受角：只有在入射角高于临界角时才会发生全内反射。光纤输入面的最大入射角由数值孔径 (NA) 确定：
NA 是输入面最大入射角的正弦值。式中，n 0为光纤周围介质的折射率，在空气中接近于1。
考虑光的波动性
前面的考虑是基于一个简单的几何射线图。特别是在小核心和弱折射率对比领域，这张简单的图片不再代表光传播的准确模型，因为它忽略了光的波动性。所以现在让我们考虑一下波浪的性质。
首先，我们想象均匀介质（例如，一些玻璃）中的高斯光束。即使这样的光束最初具有平坦的波前，在一个瑞利长度内它也会开始显着发散：
图3： 均质玻璃中真空波长为 1.5 μm 的高斯光束。
它最初以几乎平行的方式传播，但最终会发散。
发散与波前的曲率密切相关。显然，光束轴上的波前在 z 方向上的前进速度比在较高或较低位置的波前快。这个观察可以引发一个想法：我们不能通过稍微减慢光束轴附近的光来对抗波前的弯曲吗？这可以通过使用不均匀的结构来完成，在中心区域的折射率有所增加。事实上，如果我们在 3 μm 的半径内简单地将核心指数增加 0.014，这将非常有效：图 4： 注入阶跃折射率光纤结构的高斯光束。两条水平灰线表示纤芯/包层界面的位置。使用 RP Fiber Power 软件 模拟了光束传播。
那么数值孔径为0.3。注入的高斯光束的几乎所有光都被引导。如果我们使初始光束半径和核心区域更大，则甚至更低的折射率对比度就足够了。请注意，即使光纤不是完全笔直，而是有些弯曲，光的引导也会起作用。如果弯曲不太强，则弯曲损耗（即弯曲引起的功率损耗）小到可以忽略不计。下一期将介绍第二部分：光纤模式
敬请关注！
