光纤传感原理与检测技术

第1章 光纤基本理论11.1 光纤光学的基本方程11.1.1 麦克斯韦方程与亥姆霍兹方程11.1.2 波导场方程与模式的概念31.1.3 程函方程与射线方程51.2 光线理论61.2.1 SIOF中光线的传播61.2.2 GIOF中光线的传播81.2.3 GIOF的最佳折射率分布101.3 光纤中的模式及性质121.4 阶跃折射率分布光纤中的场解171.4.1 本征解的选择171.4.2 本征值方程181.4.3 光纤中的模式及其分类191.4.4 模式本征值201.4.5 色散曲线与单模条件231.5 弱导光纤与线偏振模241.5.1 LPιm模的本征解251.5.2 本征值方程261.5.3 截止和远离截止条件271.5.4 导模数目271.5.5 导模场分布图281.5.6 导模纵向功率流291.5.7 模式输出特性301.6 渐变折射率分布光纤中的场解311.6.1 平方律分布光纤中的导模场311.6.2 WKB法的基本思想321.6.3 导模本征值341.6.4 场的输出特性361.7 单模光纤中的场解371.7.1 理想阶跃型单模光纤的场解371.7.2 单模光纤的高斯近似解381.7.3 渐变型光纤的等效阶跃型光纤近似（ESF）解411.7.4 单模光纤的双折射45习题与思考46第2章 光纤传感器件482.1 光纤耦合器482.1.1 概述482.1.2 熔锥型光纤耦合器482.1.3 耦合器的技术指标492.2 光开关492.3 光隔离器和环形器512.3.1 光隔离器512.3.2 光环形器522.4 光纤光栅532.4.1 光纤光栅工作原理542.4.2 光纤光栅的应用562.5 波分复用器572.6 偏振控制器592.6.1 偏振控制器概述592.6.2 偏振控制器的基本原理592.6.3 偏振控制器的分类602.7 半导体光源612.8 LED与LD622.8.1 LED622.8.2 LD642.9 PIN和APD662.9.1 PIN光电二极管662.9.2 APD雪崩光电二极管68习题与思考69第3章 光纤特征参数与传感器光学原理703.1 光纤特征参数703.1.1 光纤的损耗703.1.2 光纤的色散与带宽753.1.3 单模光纤模场半径813.1.4 单模光纤截止波长833.1.5 光纤的物理化学特性833.1.6 光纤参数测试技术853.2 光纤传感光学原理963.2.1 反射与折射原理963.2.2 光吸收原理963.2.3 声光效应973.2.4 磁光效应973.2.5 电光效应983.2.6 弹光效应993.2.7 萨格纳克效应99习题与思考100第4章 光纤传感原理1024.1 光纤传感器概述1024.1.1 光纤传感器的原理1024.1.2 光纤传感器的类型1024.1.3 光纤传感器的构成1034.1.4 光纤传感器的性能特点1064.2 强度调制光纤传感器1064.2.1 强度调制1064.2.2 透射式强度调制1084.2.3 光模式强度调制1094.2.4 折射率强度调制1104.2.5 光吸收系数强度调制1104.2.6 强度传感器的参考测量方法1114.3 频率调制光纤传感器1144.3.1 频率调制原理1144.3.2 频率检测1164.3.3 应用举例1174.4 波长（颜色）调制光纤传感器1194.4.1 波长（颜色）调制原理1194.4.2 波长检测1214.4.3 应用举例1224.5 相位调制光纤传感器1234.5.1 相位调制1234.5.2 几种光纤干涉仪1254.5.3 相位检测1284.5.4 应用举例1334.6 偏振态调制光纤传感器1354.6.1 偏振态调制原理1354.6.2 偏振态的检测1394.6.3 应用举例1404.7 复用式和分布式光纤传感器141习题与思考144第5章 光纤光栅传感器1455.1 光纤光栅的发展与分类1455.1.1 光纤光栅的发展1455.1.2 光纤光栅的分类1465.2 光纤光栅的应用与现状1495.2.1 光纤光栅的应用1495.2.2 长周期光纤光栅的研究现状1525.3 光纤光栅的光敏性与传感性能1575.3.1 光纤光栅的光敏性1575.3.2 光纤光栅的传感性能1605.3.3 光纤光栅的特性分析1645.4 光纤光栅的制作1675.4.1 侧面抛光型光纤布喇格光栅1675.4.2 Hill光栅1685.4.3 Meltz光栅1685.4.4 单脉冲光栅1695.4.5 相位掩模光栅1695.4.6 逐点写入的光纤光栅1705.4.7 带通光纤光栅1705.4.8 重叠多个光纤光栅1715.4.9 光纤啁啾光栅制作技术1715.5 光纤光栅温度特性与应用1725.5.1 裸光纤光栅封装制成的温度传感器1735.5.2 带有机械结构的光纤光栅温度传感器1765.5.3 长周期光纤光栅的温度特性及应用1785.6 光纤光栅轴向应变特性与应用1845.6.1 轴向应变特性的理论分析1845.6.2 轴向应变特性的应用1865.7 光纤光栅扭曲与弯曲特性及应用1885.7.1 扭曲特性分析1885.7.2 弯曲特性分析1985.8 光纤光栅横向负载特性与应用 2045.8.1 光纤光栅横向负载特性分析2045.8.2 横向负载特性的应用2105.9 光纤光栅振动与加速度特性与及用2125.9.1 光纤光栅振动与加速度特性212习题与思考222第6章 光纤传输特性测量2246.1 光纤衰减特性测量2246.1.1 概述2246.1.2 截断法2256.1.3 插入损耗法2306.1.4 后向散射法2316.2 光纤色散特性测量2346.2.1 概述2346.2.2 相移法2356.2.3 脉冲时延法2396.3 光纤传输系统性能测试2456.3.1 概述2456.3.2 误码特性2476.3.3 抖动特性2516.4 光纤传输特性测量的工程应用2566.4.1 光纤链路现场测试2566.4.2 高速光网络系统的测试2586.4.3 FTTH光网络的测试260习题与思考263第7章 特种光纤及应用2647.1 零色散平移光纤和色散平坦光纤2647.1.1 零色散平移光纤2647.1.2 色散平坦光纤2657.2 保偏光纤及低双折射光纤2657.2.1 保偏光纤2667.2.2 低双折射光纤2667.3 红外光纤2677.4 衰减场光纤2697.5 其他特种光纤271习题与思考274第8章 光纤测量仪表与基础实验2758.1 光纤测量仪表2758.1.1 光功率计2758.1.2 光时域反射仪2778.1.3 光纤熔接机2828.1.4 光谱分析仪2848.1.5 光纤干涉仪2878.2 纤测量基础实验2918.2.1 半导体激光器P-I特性曲线测量2918.2.2 半导体光电检测器参数测量2948.2.3 光纤光栅与光纤激光器参数测量2998.2.4 光纤传感器参数测量3018.2.5 光纤色散测量3038.2.6 光纤马赫-泽德干涉测量3048.2.7 光纤光栅外腔半导体激光器参数测量306参考文献309