光纤纤芯

定义与结构位置

光纤纤芯是光纤三层结构中最内层、用于传输光信号的区域，由高纯度二氧化硅掺入极少量掺杂剂制成，掺杂的目的是提高其折射率。纤芯之外依次为包层和涂覆层：包层同样以高纯度二氧化硅为基础，但通过掺杂降低折射率；涂覆层用于保护光纤免受水汽侵蚀和机械擦伤，并增加机械强度与可弯曲性。

折射率关系与导光条件

设纤芯折射率为 $n_1$，包层折射率为 $n_2$。纤芯承担导光功能的基本条件是 $n_1>n_2$。当光从纤芯射向纤芯-包层界面且入射角大于临界角时，发生全反射，光被反射回纤芯，从而被封闭在纤芯中沿轴向传播。因此，纤芯是光传输的主要区域，包层则提供实现全反射所必需的较低折射率边界。

导模与光传输区域

在满足上述折射率关系的纤芯中，光以全反射方式形成折线路径向前传播，对应被约束在纤芯内传输的导模。光能量主要限制在纤芯及其邻近区域，不会随意穿出包层而损耗。课件中的传播方式图以折线示意了这种全反射路径，说明光信号在纤芯内部反复反射前进。

与光纤光栅的关系

在光纤布拉格光栅中，纤芯折射率沿纤芯呈周期性变化，即利用硅光纤的紫外光敏性在纤芯内写入周期性折射率分布，形成空间相位周期性结构。其作用实质是在纤芯内形成一个窄带滤波器或反射镜。布拉格波长由 ${\lambda }_{\mathrm{B}}=2n_{\mathrm{e}\mathrm{f}}A$ 决定，其中 ${\lambda }_{\mathrm{B}}$ 为反射光中心波长，$n_{\mathrm{e}\mathrm{f}}$ 为纤芯有效折射率，$A$ 为纤芯折射率的调制周期。该式表明，纤芯的有效折射率和折射率调制周期共同决定光栅的反射中心波长。