基于强度调制原理液体浓度检测系统的研究(4)
纤芯和包层作为光纤结构的主体，对光波的传播起着决定性作用。涂覆层与护套的作用则是隔离杂散光、提高光纤强度、保护光纤等。在某些特殊场合不加涂覆层和护套的光纤称为裸光纤。
纤芯的折射率较高，其主要成分为二氧化硅，其中掺杂极少量的其他材料，如二氧化锗、五氧化二磷等，以提高纤芯的折射率。纤芯的直径一般为5-7μm特殊应用时可达600μm。
包层为紧贴纤芯的材料层，折射率略小与纤芯材料的折射率。其构成材料一般为纯二氧化硅，有时也掺杂微量的三氧化二硼或四氧化二硅，以降低包层的折射率。包层的外径一般为100-200μm。
涂覆层的材料一般为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料，外径约为250μm，用于增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性。
外保护层的材料一般为尼龙或者其他有机材料，用于增加光纤的机械强度，保护光纤。
2.1.1光纤的传光原理
由光学原理可知，当光波由一种介质入射到另一种介质时，在两种介质的分界面处将产生反射和折射。通过界面进入第二种介质的光线，称为折射光线；反射回第一种介质的光线，称为反射光线。设这两种均匀介质的折射率分别为n1和n2，当光束由n1介质以较小的入射角θ1入射到介质界面上时，部分光产生折射，折射角为θ2，进入n2介质，部分光反射回n1介质。由折射定律[18]可知：
（2-1）
当光线从高折射率介质进入低折射率介质时(n1＞n2)，光线的折射角θ2要大于入射角θ1。当光线的入射角增加时，折射角也在增加，在入射角增加到一定程度时，折射角将为90°，此时，介质中的折射光线己经没有了，折射光线将沿着两种介质的接触面进行传播。折射角θ2=90°时对应的入射角的临界角θc为：
（2-2）
当入射角大于临界角θc时，所有入射光在分界面处被全部反射回第一种介质中，折射光线不存在，这种现象称作全反射。由以上分析可以看出，光线在两介质界面处发生全反射的条件有两个。一是光线必须由光密介质(即折射率高的介质)入射到光疏介质(即折射率低的介质)，二是入射角必须大于其临界角，而光纤就是根据这一原理制作的，光线在光纤中传播如图2-2所示。
图2-2 光线在光纤中传播
2.1.1光纤弯曲对子午光线传播的影响
理想状态下光纤是直圆柱形状，光线在其中发生全反射。然而，实际应用中光线经常处于弯曲或微弯状态，并在弯曲条件下传递光的能量和信息。如图2-3所示：
图2-3光纤弯曲对子午光线传播的影响
子午光线由光线平直部分和弯曲部分的界面上X点进入弯曲部分，点O在分界面光纤轴线上，OC为弯部的曲率半径R，2a为纤芯的直径。 、 、 分别为光线在直部、弯部外表面和弯部内表面的入射角。
设X的坐标为x，则有 。在△AXC和△ABC内分别应用正弦定理，则有：
因为 ，所以根据（2-3）（2-4）两式有： ，可以得出，由于弯曲的原因，变得小于临界角，大于临界角。这样原理在直部产生全反射的子午光线到了弯曲部分就开始从纤芯弯曲侧面逸出，从而造成弯曲损耗。如果2α表示单位长度多模光纤功率损耗系数，则其计算公式可表示如下