光纤传感器是一种利用光纤作为传输媒介，通过检测光信号的变化来获取物理信息的设备。本章主要探讨了光纤的传光原理、特性和光纤传感器的工作机制。
光纤的结构包括纤芯、包层、涂敷层和护套四部分。纤芯通常是石英玻璃材质，直径在5至75微米之间，主要成分是二氧化硅，含有微量的掺杂元素。包层位于纤芯外，直径约为100至200微米，折射率略低于纤芯，起到保持光束在纤芯内部传播的作用。涂敷层是一层隔离杂光的硅酮或丙烯酸盐材料，而护套则通常采用尼龙或其他有机材料，以增强机械强度并保护光纤免受外界损害。
光纤按照折射率变化类型可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。前者纤芯和包层折射率有明显差异，后者则是逐渐过渡。根据传播模式，光纤可以分为单模光纤和多模光纤。单模光纤因其纤芯直径小，仅能传输一种模式，具有较好的传输性能，但制造和耦合较为困难；而多模光纤由于能传播多种模式，虽然性能较差且带宽较窄，但制造简单，耦合相对容易。
材料方面，光纤通常采用高纯度石英玻璃、多组分玻璃或塑料。高纯度石英玻璃光纤损耗较小，适用于可见光至近红外光的传输。多组分玻璃光纤和塑料光纤虽损耗较高，但各有优势，如塑料光纤重量轻、成本低且柔韧性好。
光纤的传光原理基于光的折射和反射。当光从光密介质射向光疏介质时会发生折射，如果入射角超过临界角，则会发生全反射。在光纤中，只有入射角大于临界入射角的光线才能沿纤芯内部以全反射的方式传播。这些光线主要包括子午光线和斜光线。子午光线与纤芯轴线相交，而斜光线则在纤芯内以一定的斜角传播。在梯度光纤中，光线按照特定的空间周期传播，并能自动会聚，这种光纤也被称为自聚焦光纤。
光纤的传光特性主要包括数值孔径（NA）、传播损耗和色散。数值孔径反映了光纤捕捉光线的能力，它与光纤的集光范围和角度有关。传播损耗指的是光在光纤中传输时的能量损失，损耗大小直接影响了信号的传输距离。色散则是指不同波长的光在光纤中传播速度的差异，可能导致信号的展宽或失真，对信号传输质量有显著影响。
光纤传感器利用光纤的独特性质，通过光的传输和调制来感知物理量的变化，广泛应用于通信、工业自动化、环境监测等多个领域。理解光纤的结构、分类、工作原理以及特性，对于设计和应用光纤传感器至关重要。
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