芯折射率高于包层 | AI生成和翻译
问题： 光纤由 core 和 cladding 组成。core 的折射率是 ____ cladding 的折射率。
答案：
答案： 大于
core 的折射率大于 cladding 的折射率。
全面解释
1. 光纤的基本结构
光纤有两个主要层：
| 层 | 作用 | 折射率 |
|---|---|---|
| Core (纤芯) | 携带/引导光信号 | 更高 (n₁) |
| Cladding (包层) | 将光限制在 core 内 | 更低 (n₂) |
因此关系是：n₁ (core) > n₂ (cladding)
2. 为什么 core 必须具有更高的折射率？
光纤的整个工作原理基于 Total Internal Reflection (全内反射, TIR)：
- 为了将光学信号限制在 core 中，core 的折射率必须大于 cladding 的折射率。
- cladding 通过 core 和 cladding 边界处的 total internal reflection 将光限制在光纤的 core 中。
Total Internal Reflection 仅当光从较稠密介质（较高 n）传播到较稀疏介质（较低 n）且入射角超过critical angle时发生。这正是发生在 core-cladding 边界处的情况。
3. Total Internal Reflection 在光纤中如何工作
- 光进入 core（高折射率 n₁）。
- 光以陡峭角度（大于临界角）击中 core-cladding 边界。
- 注入光纤 core 并以大于临界角的角度击中 core-to-cladding 接口的光被反射回 core。由于入射角和反射角相等，光线继续沿光纤长度呈锯齿状前进。光被困在 core 内。
- 如果角度太小（小于临界角），光会进入 cladding 并丢失。
4. 折射率值的真实世界示例
典型的用于电信的 single-mode fiber，其 cladding 由纯 silica 制成，在 1500 nm 处的折射率为 1.444，core 为掺杂 silica，折射率约为 1.4475。
这表明差异很小但至关重要——core 的折射率总是略高于 cladding。
5. 临界角公式
临界角 θ_c 由以下公式确定：
\[\sin\theta_c = \frac{n_2}{n_1}\]其中 n₁ 是 core 的折射率，n₂ 是 cladding 的折射率。core 的折射率 n₁ 总是大于 cladding 的折射率 n₂。光通过 core 引导，光纤充当 optical waveguide。
总结
core 的折射率大于 cladding 的折射率。这个差异是实现 total internal reflection 的物理基础，这就是光纤以最小损耗在长距离上引导光的方式。
参考文献：
- Optical fiber - Wikipedia
- Cladding (fiber optics) - Wikipedia
- The Physics Behind Fiber Optics - Cisco Press
- Fiber Core - RP Photonics