光纤包层

定义与结构位置

光纤包层是紧贴纤芯外部的同心介质层，与纤芯共同构成光纤的导光结构。在典型三层结构中，由内到外依次为纤芯、包层、涂覆层：纤芯为高折射率介质，包层为低折射率介质，涂覆层位于包层之外，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。

折射率条件

设纤芯折射率为 $n_1$，包层折射率为 $n_2$。包层由高纯度二氧化硅制成，并通过掺杂降低其折射率，使 $n_1>n_2$。这一折射率关系是包层实现光约束的必要条件。

导光边界与全反射

纤芯与包层的交界处形成折射率界面。当光由纤芯射向该界面且入射角大于临界角时，光在界面上发生全反射，不再向包层传播透射光，而是返回纤芯继续传播；此处的“不进入包层”指无传播透射，包层中仍可存在不传输能量的倏逝场。临界角由两侧折射率决定，满足 $\sin {\theta }_c=n_2\mathrm{/}{n}_1$，其中 ${\theta }_c$ 为临界角，$n_1$ 为纤芯折射率，$n_2$ 为包层折射率。由于 $n_1>n_2$，${\theta }_c$ 存在且小于 ${90}^{\circ }$，全反射条件可以成立。

作用与适用范围

包层的作用是与纤芯共同形成折射率界面，把光信号封闭在纤芯中传播，减少光向包层及外部的泄漏。该约束机制适用于以全反射为导光原理的光纤结构；若包层折射率不低于纤芯，则界面无法形成全反射条件，光约束失效。