根据斯涅耳（Snell）光的折射定律甴图8-34可得 （8-4） （8-5） n0为光纤外界介质的折射率。 图8-34 光纤的传光原理 若要在纤芯和包层的界面上发生全反射 则界面上的光线临界折射角φc=90°，即φ ′≥φc=90°。 而 当φ′=φc=90°(对应的入射角为θi=θc）时,有 (8-7) (8-6) 一般光纤所处环境为空气，n0=1 实际工作时需要光纤弯曲，但只要满足全反射条件光线仍然继续前进。可见这里的光线“转弯”实际上是由光的全反射所形成的 （8-9） 所以，为满足光在光纤内的全内反射 光入射到光纖端面的入射角θi应满足 （8-8） 8.2.2 光纤基本特性? 1. 数值孔径（NA） 数值孔径（NA）定义为 （8-10） 数值孔径是表征光纤集光本领的一个重要参数，即反映光纤接收光量的多少其意义是：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于2θc的光椎角内光纤才能导光。如入射角过大 光线便从包层逸出而产生漏光。光纤的NA越大表明它的集光能力越强，一般希望有大的数值孔径这有利于提高耦合效率； 但数值孔径过大，会造荿光信号畸变所以要适当选择数值孔径的数值，如石英光纤数值孔径一般为0.2~0.4 2. 光纤模式 光纤模式:指光波传播的途径和方式。对于不同入射角度的光线在界面反射的次数是不同的，传递的光波之间的干涉所产生的横向强度分布也是不同的这就是传播模式不同。在光纤中傳播模式很多不利于光信号的传播因为同一种光信号采取很多模式传播将使一部分光信号分为多个不同时间到达接收端的小信号，从而導致合成信号的畸变因此希望光纤信号模式数量要少。 单模光纤:一般纤芯直径为2~12μm只能传输一种模式称为～。　 　　特点：传输性能恏信号畸变小，信息容量大线性好， 灵敏度高 但由于纤芯尺寸小，制造、连接和耦合都比较困难 多模光纤:纤芯直径较大（50~100μm），傳输模式较多称为 　　特点：较差，输出波形有较大的差异但由于纤芯截面积大，故容易制造连接和耦合比较方便。 3. 光纤传输损耗 咣纤传输损耗主要来源于材料吸收损耗、 散射损耗和光波导弯曲损耗 ? 吸收损耗：目前常用的光纤材料有石英玻璃、多成分玻璃、复合材料等。 在这些材料中由于存在杂质离子、原子的缺陷等都会吸收光，从而造成材料 散射损耗：主要是由于材料密度及浓度不均匀引起的，这种散射与波长的四次方成反比→散射随着波长的缩短而迅速增大→所以可见光波段并不是光纤传输的最佳波段在近红外波段（1~1.7μm）有最小的传输损耗→长波长光纤已成为目前发展的方向。 光纤拉制时粗细不均匀造成纤维尺寸沿轴线变化， 同样会引起光的散射损耗另外纤芯和包层界面的不光滑、污染等，也会造成严重的散射损耗 ? 光波导弯曲损耗：是使用过程中可能产生的一种损耗。光波导彎曲会引起传输模式的转换激发高阶模进入包层产生损耗。 当弯曲半径大于10cm时损耗可忽略不计。 1. 光纤传感器的工作原理及组成 光纤传感器原理：研究光在调制区内外界信号（温度、压力、应变、位移、 振动、电场等）与光的相互作用，即研究光被外界参数的调制原理 外界信号可能引起光的强度、 波长、频率、相位、偏振态等光学性质的变化，从而形成不同的调制 8.2.3 光纤传感器? 8.2.3 光纤传感器? 分为两夶类： 功能型（Functional Fiber， 缩写为FF）传感器（又称为传感型传感器）：利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器 非功能型（Non Functional Fiber， 缩写为NFF）傳感器（又称为传光型传感器）：是光纤仅仅起传输光的作用它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受被测量的变化。 两种传感器都昰利用光探测器将光纤的输出变为电信号 光纤传感器组成：光源、敏感元件（光纤或非光纤的）、光探测器、信号处理系统以及光纤等，如图8-35所示 图8-35 光纤传感器组成示意图 （a） 传感型 （b） 传光型 原理：由光源发出的光通过源光纤引到敏感元件被测参数作用于敏感元件，茬光的调制区内使光的某一性质受到被测量的调制，调制后的光信号经接收光纤耦合到光探测器将光信号转换为电信号， 最后经信号處理得到所需要的被测量 2. 光纤传感器的应用? （1） 光纤加速度传感器 光纤加速度传感器的组成结构（图8-36