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东营科技职业学院知识点一：基本原理7.4光纤传感器1.光纤的结构

中心圆柱体,称为纤芯,由某种类型的玻璃或塑料制成。环绕纤芯的是一层圆柱形套层,称为包层,由特性与纤芯略有不同的玻璃或塑料制成。纤芯的折射率略大于包层的折射率。最外面通常由一层护套包覆。光纤的导光能力取决于纤芯和包层的光学性能,而纤芯的强度则由护套来维持。

护套通常由塑料制成。

纤芯的折射率比包层的折射率稍大,当满足一定条件时,光就被“束缚”在光纤里面传播。

光纤的基本原理7.4光纤传感器2.光纤的传光原理

众所周知,光在空间是直线传播的。在光纤中,光的传输限制在光纤中,并能随光纤传送到很远的距离,光纤的传输是基于光的全内反射。

如图7-50所示,根据几何光学理论,当光线以某一较小的入射角θ1,由折射率为n1的光密物质射向折射率为n2的光疏物质(即n1＞n2)时,一部分入射光以折射角φ2折射入光疏物质,其余部分以θ1角度反射回光密物质,根据折射定律(斯涅尔定律),光折射和反射之间的关系为

光纤的基本原理7.4光纤传感器2.光纤的传光原理

当光线的入射角θ1增大到某一角度θc时,透射入光疏物质的折射光则沿界面传播,即φ2＝90°,称此时的入射角θc为临界角。那么,由斯涅尔定律得

光纤的基本原理7.4光纤传感器2.光纤的传光原理

当入射角θ1＞θc时,光线不会透过其界面,而全部反射到光密物质内部,也就是说光被全反射。根据这个原理,如图7-51所示,只要使光线射入光纤端面的光与光轴的夹角θ0小于一定值,则入射到光纤纤芯和包层界面的θ1角就满足小于临界角θc的条件,光线就射不出光纤的纤芯。光线在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播,光就能从光纤的一端以光速传播到另一端,这就是光纤传光的基本原理。

光纤的基本原理7.4光纤传感器2.光纤的传光原理

NA表示光纤的集光能力,无论光源的发射功率有多大,只要在2θo张角之内的入射光才能被光纤接收、传播。若入射角超出这一范围,光线会进入包层漏光。

一般NA越大集光能力越强,光纤与光源间耦合会更容易。但NA越大光信号畸变越大,要选择适当。一般

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