公路隧道过渡段照明亮度设置需要随洞外亮度的变化进行调整，太阳光光纤照明系统输出端亮度也是随着太阳光照度的变化而改变。根据此规律，可以将太阳光光纤照明系统应用在隧道过渡段照明中，减少隧道过渡段依靠电力照明而产生的巨额电费支出和能源消耗。但是目前太阳光光纤照明系统的耦合传输效率较低，无法满足隧道过渡段照明应用。因此本文主要对太阳光光纤照明耦合系统进行研究和分析，设计出满足隧道照明需求的太阳光光纤照明耦合系统。本文在研究太阳光特性和光纤照明理论的基础上，分析了公路隧道照明需求，计算出隧道洞内亮度与洞外亮度的关系，得出能够满足隧道照明需求的耦合系统耦合效率值。通过对不同聚光器的聚光能力对比分析，根据隧道照明特点选用菲涅尔透镜作为系统的聚光器。并在分析计算了菲涅尔透镜参数关系及聚焦特性的基础上，提出两级聚光耦合的设计思路，进而设计出菲涅尔透镜与非球面透镜组成的两级聚光系统，以提高耦合效率。利用zemax软件对耦合系统建立仿真模型，通过软件的优化功能，得出满足隧道光纤照明耦合系统要求的系统参数。结果表明：太阳光通过系统耦合后，耦合效率可以满足隧道照明需求。并且在不同太阳光入射角度条件下，光纤耦合过程中出现横向偏移误差、纵向偏移误差、角度偏移误差时，得出可以满足系统耦合效率的角度和误差偏移量区间。搭建了用于隧道照明的太阳光光纤照明实验平台，通过实际测试，结果表明光纤照明耦合系统耦合效率值与理论计算值相符，同时通过光纤传输50m、100m、150m、200m后的照度可以满足隧道洞内亮度要求，证明本文设计的光纤照明耦合系统可以满足隧道的照明需求，为系统在隧道照明中的应用提供了参考。