检测技术第三章常用传感器与敏感元件渐变折射率多模光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴线开始沿径向大致按抛物线形成递减，中心轴折射率最大，因此，光纤在纤芯中传播会自动地从折射率小的界面向中心会聚光纤传播的轨迹类似正弦波形，如图所示，具有光自聚焦效果故渐变折射率多模光纤又称为自聚焦光纤。因此渐变折射率多模光纤的模分散比阶跃型小得多。折射率分布多模渐变折射率光纤包层涂敷层纤芯n2n2
Wuhan University of Technology 武汉理工大学机电工程学院 测试技术基础 第五章常用传感器 11 检测技术 第三章 常用传感器与敏感元件 渐变折射率多模光纤纤芯内的折射率不是常量，而是从中心轴 线开始沿径向大致按抛物线形成递减，中心轴折射率最大，因 此，光纤在纤芯中传播会自动地从折射率小的界面向中心会聚， 光纤传播的轨迹类似正弦波形，如图所示，具有光自聚焦效果， 故渐变折射率多模光纤又称为自聚焦光纤。因此渐变折射率多 模光纤的模分散比阶跃型小得多
检测技术第三章常用传感器与敏感元件2、光纤导光的原理斯乃尔定理当光由光密物质出射至光蔬物质时，发生折射n20n200n.0.n0n,(b)(c)(a)(a)折射角大于入射角：nsin,=nsing,(b)临界状态：0.=90°,0,=arcsin(nz / n)(c)全反射：0,>010
Wuhan University of Technology 武汉理工大学机电工程学院 测试技术基础 第五章常用传感器 12 检测技术 第三章 常用传感器与敏感元件 2、光纤导光的原理 当光由光密物质出射至光疏物质时，发生折射 （a）折射角大于入射角： （b）临界状态： （c）全反射 ： n i n r 1 sin = 2 sin 0 0 r i = = 90 , arcsin( / ) n n 2 1 0 i i 斯乃尔定理
检测技术第三章常用传感器与敏感元件EKm0Go0B0O'Dnn, sin Ok = nz sin Qno sin , = n sin
Wuhan University of Technology 武汉理工大学机电工程学院 测试技术基础 第五章常用传感器 13 检测技术 第三章 常用传感器与敏感元件 n i n j 0 sin = 1 sin n k n r 1 sin = 2 sin
检测技术第三章常用传感器与敏感元件ni sin Ok = n2 sin 0no sin , = n, sin 0, = 90°-0sin , = (n, / no)sin 0n sin ? 0cos Osin 0, = (n, / no)sin(90°-0k) =nonoNsin.sinnn-n, sin? 0,nnono为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 no～1sin 0, = n? -n2 sin? 0
Wuhan University of Technology 武汉理工大学机电工程学院 测试技术基础 第五章常用传感器 14 检测技术 第三章 常用传感器与敏感元件 j − k = 90 i k k k n n n n n n 2 0 1 0 1 1 0 sin = ( / )sin( 90 − ) = cos = 1− sin i n n j sin = ( 1 / 0 )sin r i r n n sin n sin ) n n ( n n sin 2 2 2 2 1 0 2 1 2 0 1 1 1 = − = − n0为入射光线AB所在空间的折射率，一般皆为空气，故 n0≈1 i n n r 2 2 2 2 1 sin = − sin n i n j 0 sin = 1 sin n k n r 1 sin = 2 sin
检测技术第三章常用传感器与敏感元件2sin =n-n2当 0r =90°的临界状态时Sini定义为“数值孔径”NA(NumericalAperture)sin ,~ n, V21相对折射率差△=(n -n2)/ narcsinNA是一个临界角Di>arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失Di<arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播
Wuhan University of Technology 武汉理工大学机电工程学院 测试技术基础 第五章常用传感器 15 检测技术 第三章 常用传感器与敏感元件 2 2 2 0 1 当θr =90°的临界状态时， sin i = n − n Sin θi定义为“数值孔径”NA（Numerical Aperture） sin 1 2 0 i n 1 2 1 = (n − n )/ n 相对折射率差 arcsinNA是一个临界角， θi > arcsinNA，光线进入光纤后都不能传播而在包层消失； θi < arcsinNA，光线才可以进入光纤被全反射传播