光纤基本知识VIP免费

光纤传感技术•光纤传光特性•光纤传感原理（不同于通讯上的应用）•光纤传感器•调研：目前光纤传感器的实际应用情况1.1光纤结构•纤芯•包层•涂敷层•护套主体结构，光波传播起决定性作用纤芯直接5-75μm，主体材料SiO2,(Ge2O5,P2O5)提高纤芯的光学折射率？包层折射率小于纤芯（一层，折射率稍有差异的二层或多层），直径100-200μm，材料SiO2,(B3O4,Si2O4)隔离杂光，提高强度，保护光纤涂敷层材料硅酮，丙烯酸盐护套材料尼龙，其他有机物内外光纤分类•光纤的种类很多，分类方法也是各种各样1.按照制造光纤所用的材料分：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤和氟化物光纤。2.按光在光纤中的传输模式分：单模光纤和多模光纤。3.按最佳传输频率窗口分：常规型单模光纤和色散位移型单模光纤。4.按折射率分布情况分：阶跃型和渐变型光纤。5.按光纤的工作波长分：短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤。1.2光纤的结构特征*其结构特征主要与折射率相关阶跃光纤)()0()(21arnarnrn（1.1-1）为纤芯半径，a21nn其差值用相对折射率差Δ表示1212122212nnnnnnΔr0)(rn1n2n梯度光纤特点—折射率沿径向呈非线性递减，纤轴（r=0）折射率最大，纤壁最小。常见分布函数为)()0(])/(21[)(221arnararnrnr1n2n)(rn0§1.2光线在光纤中的传播1.2.1光线在阶跃光纤中的传播NPCC/QSXβYZθ0∠NXS=θ0入射角∠CXP=β∠CXY=Φ反射角∠PXY=α=Pi/2-θθCPXY∠NXS=θ0入射角∠CXP=β∠CXY=Φ反射角∠PXY=α=Pi/2-θS平面CXP为光纤端面YP垂直光纤端面βΦα)12.1(cossincoscoscos当12/sinnn时，满足全反射条件，光纤在纤芯内不断反射、传播光线在纤内每次反射对应的Φ、θ、β角保持不变，关系式（1.2-1）始终成立C/轴线图1.2)3(cos2cos22)1()2(cos2)1(cos22222222222cpcyxpcxxycxxpxycpxpcxxpcxcyxycxxycx）式（式化简（3）式coscoscoscoscoscoscoscos2cos222xyxpxpxyypxpcxxycxyp证明1.2.1.1斜光线的传播路径,0当光线在光纤内的路径与入射光线及纤轴不共面——斜光线，空间光线。传播路径为绕线轴的螺旋状空间折线。断面投影见下图CPX1.2.1.2子午光线的传播路径2,011.2），当根据式（)12.1(cossincoscoscos光线在光纤内的路径始终与入射光线及纤轴共面——子午线即图1.2种入射光线SX,cc/与YP共面，化简如图1.3所示图1.3SXPYZΦn2n1断面投影有图可见，子午光线在单位长度光纤内的反射次数ddmtantan1利用折射定律和空气折射率n0≈12/1022102/1210210)sin(sin)/sin1(/sinndndnm由此可知，子午光线在长度为L的光纤内的总反射次数为2/102210)sin(sinndLmt2/121001002/120102/12])nsinθn(1[nsinθn)sin1(sinnnsinθsinθ)sin1(sincossindddd利用折射定律2/120102/121010])(sinθ[nsinθ])nsinθ(1[nsinθdd证明CPXYSβΦαC/斜光线在单位长度光纤内的总反射次数为coscostancos2tancot11msdCXPXPY长度为L的光纤内的总反射次数为cosmtsstL由此可以看出，斜光线在光纤内传播的次数大于子午光线的总反射次数。，时，当st2光线的传播路径成为与光纤芯包界面相切的螺旋线，在光纤端面上的投影为圆。1.2.2光线在梯度光纤中的传播0000sin)(sinrnn)82.1(1dsdRKds梯度光纤：纤芯折射率自轴心→界面逐渐减小，等径面相同。设光线自离轴心r0处任意点O以入射角θ0入射光纤，由折射定理rZn2n(r)光纤内部，折射率随着r增大而减小Pθθ+d(θ))72.1(sin)(常数rnR增大，θ角增大，说明光线在内部内沿一曲径传播。设曲率半径为R，则有曲率为P点处的曲径弧长元。还可以得出图1.6dsdrcosO代入（1.2-8）式得)92.1(/cosdrdK微分式（1.2-7），可得)102.1(sinsincoscossin91.2cossin0cossindrdnndrdnndrndnKndnddnd...