土木工程结构试验3章1(13)

土木工程结构试验

第3章 量测仪器与采集系统

Chapter 3 Instrumentation and Date Acquisition System

是基于光的全反射。当光线以不同角度入射到光纤端面时，在端面发生折射后进入光纤，进入光纤后入射到纤芯（光密介质）与包层（光疏介质）交界面，一部分透射到包层，一部分反射回纤芯。但是当光线在光纤端面中心的入射角 减小到某一角度 c称时，光线全部反

射。光被全反射时的入射角 c称临界角，只要 c，光在纤芯和包层界面上，经若干次

全反射向前传播，最后从另一端面射出。

N3

N2

N0N1

N1

N2 c

图3.3.9 光纤传光示意图

为保证全反射，必须满足全反射条件 c。由斯乃尔（snell）折射定律可导出光线由

折射率为N0处介质射入纤芯时，实现全反射的临界入射角为：

c arcsin(1N0N1 N2) (3.3.1) 22

对外介质为空气时，N0＝1，则：

c arcsin(N1 N2) (3.3.2) 22

可见，光纤临界入射角的大小是由光纤本身的性质（N1、N2）决定的，与光纤的几

何尺寸无关。

2．光纤的性能的几个重要参数（optical fiber indices）

（1）数值孔径（NA）

临界入射角 c的正弦函数定义为光纤的数值孔径。

NA sin c 1N0N1 N2 (3.3.3) 22

空气中：

NA N1 N2(N1 N2) (3.3.4) 22

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2 c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。

（2）光纤模式（V）

光纤模式是指光波沿光纤传播的途径和方式，不同入射角度光线在界面上反射的次数不同。光波之间的干涉产生的强度分布也不同，模式值定义为：