光学纤维是怎样传送图象的呢？

将一定数量的单根纤维加以组合，即构成多芯的光学纤维束。在光学纤维束中，每根光学纤维之间有良好的光学绝缘，也就是说，每根光学纤维独立传光而不发生串光，并且两端都一一对应地相关排列，这样就构成了传象的光学纤维束。当一个图象入射在传象光学纤维束的端面上时，光学纤维束就按自己的排列规律，将入射图象光束分成一个一个象元，数目和光学纤维束中的纤维根数相等。由此可见，这样的光学纤维束，每根光学纤维的端面就象一个取象孔，将图象的一个象元“摄取”来；每根光学纤维都独立地携带一个象元，由入射端传送到出射端。换句话说，传象纤维束将入射端的图象分成一个一个象点，传到出射端之后，又由一个一个象点组成图象，就好象报纸上的新闻照片那样。不过，光学纤维传象的象点非常细密，因此，在光学纤维束的收方一端就可得到完全不变的图象。

光学纤维传送图象，是光信号在纤维内传输完成的。我们知道，光波是电磁波，电磁波是交变的电场和磁场，在空间相互交替地变换而向前传播。光波在光学纤维内传播时，有由全反射而沿传播方向前进的波，又有从末端反射回来的波，还有不均匀界面上反射的波，这些波在纤维芯内相互重迭、相互干涉，形成了各种各样的电磁场分布形式。这样一来，激光器发给圆柱形纤维入射端的一个完整圆形光斑的信号，经过纤维传送一段距离之后，在纤维另一端截面上的信号却分裂为几个小光斑。我们所看到的这种光斑，正是此截面处电磁场分布的“图象”。电磁场的各种分布形式，称为“模式”。要想使光纤传输无失真，即从激光器发给纤维入射端是圆形光斑，在纤维终端仍得到圆形光斑，那末，就要求保持纤维以基模传输。如果一个圆形光斑经过纤维传输后分裂成许多小光斑，就出现了许多的杂散的高次模。而这些杂散的高次模，都是从有用的基模光波中转换来的，由于它们经过的路径不同，有的损失在包皮中，有的穿透包皮而辐射出去，因而造成了光能量的损耗。而且，由于这些杂散模在纤维中传输时速度也和基模不一样，因而到达终端的时间也就不一致，产生了所谓“延时失真”。

一光束中，入射角越大的光线，在光学纤维中传输而达到终端所经的反射次数就越多，所经路程也越长，因而所需时间将越长。于是，本来同时射进纤维端面的一束光，由于其中各光线入射角不同，到达终端就出现了先后的时间差，造成光信号中各模式光波之间在时间上的延迟。光学纤维越长，延迟时间也就越长。如果给始端送入的是一个具有一定宽度的光脉冲，那么，由于在纤维中存在着高次模，光脉冲传到终端时响应时间拉长了，或者说，脉冲展宽了。这种现象就叫做脉冲信号的延时失真。

如果入射光频率不单一，那将怎样呢？

入射到光学纤维的光，若不是单一频率的光，而是由不同频率所组合成的光，则会因光的频率不同而在纤维中的传输速度也不同，所以，一光束从空气中射入纤维之后，将产生不同角度的折射，致使到达输出端时产生时间上的差别，这种现象称为色散效应。这种现象是造成信号失真或脉冲展宽的另一原因。例如，镓铝砷发光二极管发出的光，其谱线宽度为350□，造成脉冲响应展宽为1.75～2毫微秒/公里；双异质结半导体激光器发出的光，其谱线宽度为不到20□，造成脉冲响应展宽则很小；而Nd：YAG固体激光器发出的光，其谱线宽度更小，不到1□，而它造成的脉冲响应展宽就可以忽略不计了。

信号失真在不同情况下，其主要原因也不同。如果光源频率单一，即单色性好，而纤维是多模传输，则脉冲展宽主要是纤维中高次模造成的；如果纤维是单模的，而光源组成频率较宽，则脉冲展宽主要就是由色散效应引起的。

采用自聚焦式多模纤维，可以显著改善信号的延时失真。这是因为，自聚焦纤维的特点对x光信号传输是很有利的。我们知道，光线垂直地通过平行平面玻璃板后，它的传播方向不变；但是，光线通过三棱镜、透镜时，光线就要发生偏折或会聚。如前面讲过的那样，一束平行光通过一个双凸透镜，就向中部会聚起来，叫做光的聚焦。利用这种性质，还能够制成自行聚焦的纤维，即自聚焦式光学纤维。

自聚焦式纤维和包层式纤维的结构不同，传光原理也不同。包层式光纤维如前述，是由两种具有不同折射率的玻璃拉制而成的，包皮和芯料的折射率分布有明显的界面，光在此界面上产生全反射，形成锯齿形反射传播路线，而自聚焦式光纤维则不同，在自聚焦纤维横截面上，折射率从轴心沿半径方向大致以抛物线形状连续下降，轴上折射率最大，边缘折射率最小。由于纤维中各处的折射率不同，光在其中传播时方向就要改变。

一根自聚焦光学纤维相当于许多微型透镜的组合，自聚焦光纤对光产生聚焦作用，迫使光在纤维芯内传播，光自动地向轴线方向逐渐折回靠拢，形成一个形近正弦曲线的传播途径。在理想的情况下，平行入射光线都能聚焦于1、2、3……点，因而产生自聚焦现象。其原因是：远离轴线的光线大部分途径在折射率小的区域，速度较大，尽管途径较长，也可以与靠近轴心线的光线同时到达1、2、3……各个聚焦点。

光线在自聚焦纤维中是沿近于正弦形路线传播的，经过的光程要短得多，而且没有界面上的全反射损耗。因此，聚焦式纤维的光透过率比包层式纤维的光透过率要高得多。

由此可见，聚焦式纤维比包层式纤维的延时失真要小得多。实际上，时延差小，并不随成正比增长，而是同值成正比例，为模式间藕合长度。

自聚焦光学纤维不仅可以改善延时失真，而且可以简化传输系统。自聚焦纤维相当于一个聚焦透镜系统，这样，用一根光学纤维就能够传送一幅完整的图象了。这对于光纤传送图象来说是很有利的。

光学纤维能够以任意弯曲的形状、任意长度来传送图象，使某些光学系统结构简化、象质改善。因此，它作为一种性能优良的光学元件，得到了广泛的应用。

一种光学纤维潜望镜。它的基本结构象医用听诊器。它是一个叉形纤维束：上端有两个分支，一支是观察目镜或者同光电接收器连接，用来观察或者接收图象、信号；另一支同光源相接，用来传输光，以照明被观测的物体或目标。它的下端，是两支任意并在一起的探测头。为了提高探测效果，前面可采用成象物镜，以使所观测的物体或目标成象在探测头的端面上。这种潜望镜，可以直接用于观察，也可以同光电系统接起来，用于对危险区域或快速运动物体、目标的观测。

医用的光学纤维内窥镜。它包括成象、传象和观察记录三个部分。一种高强度光源的光通过光学纤维束的传光束送到内窥镜头部，通过导光孔照明被观测物体。被观测物体的象通过观察窗而入射，经物镜成象后，由光学纤维束送到目镜和照相机。

如果将大量的光学纤维相互平行整齐地排列而熔压在一起，就形成了传递光学象的光学纤维面板。它能够直接将光学象从面板入射面移到出射面，大大缩小系统的体积，因此已普遍地用在需要接触照相、记录和耦合技术方面。光学纤维面板在阴极射线管中的应用，它大大提高了传真图象质量和记录速度。此外，它还可以用于变象管和摄象管中。