本教程包含以下部分：
① 玻璃光纖中的導光
② 光纖模式
③ 單模光纖
④ 多模光纖
⑤ 光纖末端
⑥ 光纖接頭
⑦ 傳播損耗
⑧ 光纖耦合器和分路器
⑨ 偏振問題
⑩ 光纖的色散
⑪ 光纖的非線性
⑫ 光纖中的超短脈沖和信號
⑬ 附件和工具
這是 Paschotta 博士的無源光纖教程的第 1 部分
第一部分：玻璃光纖中的導光
任何光纖的基本功能是引導光，即充當介電波導：注入一端的光應在光纖中保持引導。換言之，必須防止其丟失，例如通過到達外表面并從那里逃逸。我們這里針對玻璃光纖進行說明，但是塑料光纖的工作原理是一樣的。原則上，引導光的最簡單解決方案是均勻的玻璃棒。（如果足夠薄，它也可以彎曲到一定程度。）外表面可以通過全內反射反射光線。由于大的折射率對比，這適用于相當大范圍的輸入光束角度，原則上不需要任何功率損失。
圖 1： 全內反射可用于在均勻光纖中引導光。
請注意，只有部分反射發(fā)生在入射角較小的端面上。
然而，這個簡單的解決方案有一些關鍵的缺點：
然而，人們可以修改非常干凈的涂層的想法：使用另一個玻璃區(qū)域，其折射率比核心玻璃稍小，作為包層：
圖2： 具有包層的多模玻璃光纖，由折射率稍低的玻璃制成。玻璃/玻璃界面會發(fā)生全內反射，但入射角需要更大。
這給了我們幾個優(yōu)勢：玻璃比塑料緩沖涂層更干凈、更均勻。這已經減少了損失。
由于反射點處的折射率對比度降低，界面的小不規(guī)則性不會像玻璃/空氣界面那樣造成嚴重的光學損失。外部界面的不規(guī)則不再重要，因為光線無法“看到”它們。
如果需要，現在可以將引導區(qū)域（稱為光纖芯）做得比整個光纖小得多�？梢哉{整核心尺寸，例如適應一些小型光發(fā)射器的尺寸。
結合小核心尺寸和弱指數對比度，甚至可以獲得單模制導（見下文）。
但是請注意，較小的折射率對比度意味著較小的接受角：只有在入射角高于臨界角時才會發(fā)生全內反射。光纖輸入面的最大入射角由數值孔徑 (NA) 確定：
NA 是輸入面最大入射角的正弦值。式中，n 0為光纖周圍介質的折射率，在空氣中接近于1。
考慮光的波動性
前面的考慮是基于一個簡單的幾何射線圖。特別是在小核心和弱折射率對比領域，這張簡單的圖片不再代表光傳播的準確模型，因為它忽略了光的波動性。所以現在讓我們考慮一下波浪的性質。
首先，我們想象均勻介質（例如，一些玻璃）中的高斯光束。即使這樣的光束最初具有平坦的波前，在一個瑞利長度內它也會開始顯著發(fā)散：
圖3： 均質玻璃中真空波長為 1.5 μm 的高斯光束。
它最初以幾乎平行的方式傳播，但最終會發(fā)散。
發(fā)散與波前的曲率密切相關。顯然，光束軸上的波前在 z 方向上的前進速度比在較高或較低位置的波前快。這個觀察可以引發(fā)一個想法：我們不能通過稍微減慢光束軸附近的光來對抗波前的彎曲嗎？這可以通過使用不均勻的結構來完成，在中心區(qū)域的折射率有所增加。事實上，如果我們在 3 μm 的半徑內簡單地將核心指數增加 0.014，這將非常有效：圖 4： 注入階躍折射率光纖結構的高斯光束。兩條水平灰線表示纖芯/包層界面的位置。使用 RP Fiber Power 軟件 模擬了光束傳播。
那么數值孔徑為0.3。注入的高斯光束的幾乎所有光都被引導。如果我們使初始光束半徑和核心區(qū)域更大，則甚至更低的折射率對比度就足夠了。請注意，即使光纖不是完全筆直，而是有些彎曲，光的引導也會起作用。如果彎曲不太強，則彎曲損耗（即彎曲引起的功率損耗）小到可以忽略不計。下一期將介紹第二部分：光纖模式
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