文档介绍：光纤传感技术与应用
王英
武汉工程大学理学院光学信息技术实验室
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课程内容
1 光纤传感器
2 多传感器的光网络技术
3 光电传感器中的光纤技术
4 光传感信号处理技术
5 光传感器的封装技术
6 多传感器信息融合技术
7 光电传感技术在电力系统的应用
8 光电传感技术在石油与化工行业的应用
9 光电传感技术在生物、生医生化领域的应用
10 光电传感技术在航空航天领域的应用
11 光电传感技术在国防领域的应用
12 光电传感技术在环境保护与监测中的应用
课程内容
概述
振幅调制传感型光纤传感器
相位调制传感型光纤传感器
偏振态调制型光纤传感器
波长调制型光纤传感器
光纤荧光温度传感器
分布式光纤传感器
聚合物光纤传感器
光子晶体光纤及其在传感中的应用
传光型光纤传感器
光纤传感技术的发展趋势及课题
小结
1 光纤传感器
光的全反射现象是
研究光纤传光原理的
基础。根据几何光学
原理,当光线以较小
的入射角θ1由光密介
质1射向光疏介质2(即n1>n2)时(见图2),则一部分入射光将以折射角θ2折射入介质2,其余部分仍以θ1反射回介质1。
图2 光在两介质界面上的折射和反射
依据光折射和反射的斯涅尔(Snell)定律,有
                         (1)当θ1角逐渐增大,直至θ1=θc时,透射入介质2的折射光也逐渐折向界面,直至沿界面传播(θ2=90°)。对应于θ2=90°时的入射角θ1称为临界角θc;由式(1)则有
                          (2)  
由图(1)和图(2)可见,当θ1>θc时,光线将不再折射入介质2,而在介质(纤芯)内产生连续向前的全反射,直至由终端面射出。这就是光纤传光的工作基础。
同理,由图1和Snell定律可导出光线由折射率为n0的外界介质(空气n0=1)射入纤芯时实现全反射的临界角(始端最大入射角)为
                                    (3)
式中NA——定义为“数值孔径”。它是衡量光纤集光性能的主要参数。它表示:无论光源发射功率多大,只有2θc张角内的光,才能被光纤接收、传播(全反射);NA愈大,光纤的集光能力愈强。产品光纤通常不给出折射率,而只给出NA。石英光纤的NA=~。