光ファイバーの構造や、光の運動の性質について解説していきます。
光ファイバーの構造
光ファイバは、石英ガラスやプラスチックで形成される細い繊維状の物質で、中心部のコアと、その周囲を覆うクラッドの二層構造になっています。クラッドよりもコアの屈折率を高くすることで、全反射や屈折により出来るだけ光を中心部のコアにだけで伝搬させる構造になっています。コアとクラッドの原料は、どちらも光に対して透過率が非常に高い石英ガラスまたはプラスチックでできています。
屈折と屈折率について
空気中から、透明な材料に光が入射するとき，その境界で光は折れ曲がります。つまり光の進行方向が変わるのです。この現象を光の屈折と言います。なぜ屈折が起こるのかというと材質の中を光が通過するときにその通過する速度が違うためなのです。そして屈折率とは、直進する波が異なる媒質の境界で進行方向の角度を変える割合のことです。スネルの法則により光線の角度と対応づけられています。
全反射とは
光が屈折率の高い物質から、屈折率の低い物質へ到達した時、光はその角度を変えて進入していきます。その際光の進入角度が浅くなればなるほと、透過する角度も小さくなり、境界面に対して平行に近くなります。そこでさらに進入角度を小さくすると、光は屈折率の低い物質へ透過することができなくなり、すべての光が境界面で反射されることになります。このようにすべての光が反射されることを全反射と呼びます。