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第1章 光纤的基本理论1

1.1光纤的结构1

1.2光在光纤中传输的电磁方程3

1.2.1光纤传光的基本原理3

1.2.2光在阶跃光纤中的传播3

1.2.3光在渐变光纤中的传播4

1.2.4光纤中的模式传播5

1.2.5阶跃折射率光纤的标量分析6

1.2.6阶跃折射率光纤的矢量分析8

1.3光纤的特性11

1.3.1损耗12

1.3.2色散16

1.3.3非线性效应20

1.4光纤的分类21

1.4.1石英光纤21

1.4.2塑料光纤23

参考文献29

第2章 光纤传感用光源31

2.1光纤传感光源的种类及特性参数31

2.1.1光源的分类31

2.1.2光源的特性参数32

2.2 LED光源33

2.2.1 LED的工作原理34

2.2.2 LED的结构35

2.2.3 LED的特性36

2.3 SLD光源38

2.3.1 SLD的工作原理38

2.3.2 SLD的结构39

2.3.3 SLD的特性42

2.4 DFB光源44

2.4.1 DFB激光器的结构和工作原理44

2.4.2 DFB激光器的基本结构45

2.4.3 DFB激光器的特性45

2.5 ASE光源48

2.5.1 ASE的工作原理49

2.5.2 ASE光源的结构49

2.5.3 ASE光源的特性51

2.6窄线宽频扫光源51

2.6.1工作原理51

2.6.2基本结构53

2.6.3窄线宽频扫光源的特性55

参考文献55

第3章 光电探测器57

3.1光电探测器概述57

3.1.1光电效应57

3.1.2光电探测器的性能参数59

3.2光电探测器的分类及其特性参数64

3.2.1 PIN探测器64

3.2.2 APD探测器71

3.2.3 InGaAs探测器阵列78

3.2.4 CCD阵列84

参考文献91

第4章 光纤器件93

4.1光纤器件概述93

4.1.1光纤器件的基本参数93

4.1.2光纤器件的基本结构93

4.2光纤耦合器94

4.2.1光纤耦合器的定义和分类94

4.2.2光纤耦合器的基本原理与结构94

4.2.3光纤耦合器的性能参数95

4.2.4几种典型光纤耦合器的结构及原理96

4.3光隔离器102

4.3.1光隔离器的原理102

4.3.2光隔离器的特性103

4.3.3几种光隔离器105

4.4光环行器107

4.4.1光环行器的原理107

4.4.2光环行器的特性107

4.4.3光环行器的结构和工作原理108

4.4.4光环行器在光分插复用器中的应用109

4.5光纤衰减器111

4.5.1光纤衰减器的分类111

4.5.2光衰减器的性能113

4.6光纤起偏器114

4.6.1光纤起偏器概述114

4.6.2保偏光纤起偏器114

4.6.3偏振控制器116

4.7光开关117

4.7.1光开关的性能参数117

4.7.2光开关的种类117

4.7.3各种光开关技术119

4.8光纤放大器123

4.8.1掺铒光纤放大器124

4.8.2其他光纤放大器128

4.8.3几种光纤放大器的比较129

4.9光纤延迟线129

4.9.1光纤延迟线的基本原理130

4.9.2光纤延迟线的性能特点131

4.9.3光纤延迟线的应用131

参考文献134

第5章 光纤光栅传感技术135

5.1光纤光栅概述135

5.2光纤的光敏性136

5.2.1硅基光纤的光敏性136

5.2.2光纤的光敏性机理139

5.2.3光纤光敏性的增强以及光纤光栅的寿命周期142

5.3光纤Bragg光栅模式理论143

5.3.1模式耦合理论144

5.3.2包层模耦合和辐射模耦合146

5.3.3光纤光栅的非线性效应147

5.4光纤Bragg光栅制作148

5.4.1内部写入法148

5.4.2全息干涉法149

5.4.3分波前干涉法150

5.4.4相位掩模法150

5.4.5聚焦离子束写入151

5.5长周期光纤光栅的模式理论151

5.5.1耦合模理论151

5.5.2级联LPG152

5.6 LPG的制作153

5.6.1逐点写入法153

5.6.2振幅掩模法154

5.6.3腐蚀刻槽法155

5.7光纤光栅传感原理156

5.7.1光纤Bragg光栅传感原理156

5.7.2长周期光纤光栅传感原理160

5.7.3光纤光栅的封装161

5.8光纤光栅解调系统162

5.8.1边缘滤波法162

5.8.2可调谐滤波器法163

5.8.3干涉扫描法167

5.8.4双腔干涉扫描法170

5.8.5傅里叶变换光谱法172

5.8.6小结172

参考文献173

第6章 光纤法-珀传感技术176

6.1光纤法-珀传感器概述及主要应用176

6.1.1光纤法-珀传感器概述176

6.1.2光纤法-珀传感器的主要应用177

6.2光纤法-珀干涉仪理论177

6.2.1平行平面板的多光束干涉177

6.2.2 F-P干涉仪研究光谱线的精细结构181

6.2.3 F-P干涉仪的双光束近似182

6.3本征型光纤法-珀传感器183

6.3.1本征型光纤法-珀传感器概述183

6.3.2 IFPI传感器的常见结构184

6.3.3光纤IFPI传感头的制作185

6.4非本征型光纤法-珀传感器186

6.4.1非本征型光纤法-珀传感器概述186

6.4.2非本征型光纤法-珀（EFPI）传感器的传感原理及常见结构188

6.4.3膜片式微型EFPI光纤压力传感器189

6.5光纤法-珀传感解调系统194

6.5.1强度解调法194

6.5.2相位解调200

6.5.3时间扫描型低相干干涉解调210

6.5.4空间扫描型低相干干涉解调216

参考文献222

第7章 光纤Sagnac干涉仪传感技术226

7.1 Sagnac效应226

7.2光纤陀螺仪的基本原理227

7.3光纤环的绕制工艺和质量检测系统230

7.3.1光纤环温度漂移效应和绕制工艺230

7.3.2零漂检测和Allan方差233

7.3.3偏振串扰检测系统235

7.3.4光纤环瞬态特性检测系统238

7.4保偏光纤陀螺系统246

7.5消偏光纤陀螺系统247

7.6全光纤电流互感器249

7.7光纤水听器251

参考文献252

第8章 光纤OCT检测技术254

8.1 OCT的发展254

8.2 OCT层析原理256

8.2.1 OCT理论分析256

8.2.2生物组织的光学特性257

8.2.3光源258

8.3时域OCT260

8.3.1 OCT扫描装置260

8.3.2双光束OCT262

8.3.3光学外差探测263

8.4 OCT信号特性263

8.4.1探测深度263

8.4.2敏感度264

8.4.3散斑265

8.4.4 OCT系统的分辨率266

8.4.5系统色散267

8.5频域法光纤OCT267

8.5.1光谱OCT267

8.5.2复谱频域OCT269

8.5.3频域OCT相关参数269

8.5.4频域OCT系统的成像速度分析270

8.5.5频域OCT与时域OCT之间的联系与区别271

8.6 OCT技术的特点272

8.7功能OCT272

8.7.1偏振OCT273

8.7.2多普勒OCT275

8.8 OCT的应用276

8.8.1光学相干层析成像技术在生物组织测量中的应用277

8.8.2光学相干层析成像技术在医学中的应用278

8.8.3 OCT在珍珠行业的应用279

参考文献279

第9章 光子晶体光纤传感技术283

9.1光子晶体及其应用283

9.1.1光子晶体概述283

9.1.2光子晶体的特征284

9.1.3光子晶体的应用287

9.2光子晶体光纤287

9.2.1光子晶体光纤的概念和分类287

9.2.2光子晶体光纤的特性291

9.2.3光子晶体光纤的制作293

9.2.4液晶填充式光子晶体光纤293

9.3光子晶体光纤传感器的国内外研究现状301

9.4光子晶体光纤压力传感器302

9.4.1微弯压力PCF传感器302

9.4.2高压力PCF传感器306

9.5光子晶体光纤应变传感器309

9.5.1光子晶体光纤法布里-珀罗干涉传感器309

9.5.2光子晶体光纤法布里-珀罗干涉型高温应变传感器310

9.6光子晶体光纤温度传感器312

9.6.1光子晶体光纤F-P温度与折射率传感器312

9.6.2液晶填充光子晶体光纤温度传感器314

参考文献315

第10章 光纤传感器的工程应用318

10.1大坝光纤传感监测系统318

10.1.1大坝监测的要求318

10.1.2大坝监测的原理及系统组成319

10.1.3大坝监测系统的综合应用320

10.2动力电缆温度监测系统323

10.2.1动力电缆温度监测的要求323

10.2.2动力电缆温度监测的原理及系统组成323

10.2.3动力电缆温度监测系统的综合应用324

10.3隧道监测系统325

10.3.1隧道监测的要求326

10.3.2隧道监测的原理及系统组成326

10.3.3隧道监测系统的综合应用327

10.4光学相干层析成像技术在医学诊断领域的应用330

10.4.1眼科检查331

10.4.2光纤OCT龋齿检测338

10.5光学相干层析成像技术在工业领域的应用345

10.5.1工程聚合物材料检测345

10.5.2珠宝玉石检测346

参考文献350