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第1章 光纤基本理论1

1.1 光纤光学的基本方程1

1.1.1 麦克斯韦方程与亥姆霍兹方程1

1.1.2 波导场方程与模式的概念3

1.1.3 程函方程与射线方程5

1.2 光线理论6

1.2.1 SIOF中光线的传播6

1.2.2 GIOF中光线的传播8

1.2.3 GIOF的最佳折射率分布10

1.3 光纤中的模式及性质12

1.4 阶跃折射率分布光纤中的场解17

1.4.1 本征解的选择17

1.4.2 本征值方程18

1.4.3 光纤中的模式及其分类19

1.4.4 模式本征值20

1.4.5 色散曲线与单模条件23

1.5 弱导光纤与线偏振模24

1.5.1 LPlm模的本征解25

1.5.2 本征值方程26

1.5.3 截止和远离截止条件27

1.5.4 导模数目27

1.5.5 导模场分布图28

1.5.6 导模纵向功率流29

1.5.7 模式输出特性30

1.6 渐变折射率分布光纤中的场解31

1.6.1 平方律分布光纤中的导模场31

1.6.2 WKB法的基本思想32

1.6.3 导模本征值34

1.6.4 场的输出特性36

1.7 单模光纤中的场解37

1.7.1 理想阶跃型单模光纤的场解37

1.7.2 单模光纤的高斯近似解38

1.7.3 渐变型光纤的等效阶跃型光纤近似（ESF）解41

1.7.4 单模光纤的双折射45

习题与思考46

第2章 光纤传感器件48

2.1 光纤耦合器48

2.1.1 概述48

2.1.2 熔锥型光纤耦合器48

2.1.3 耦合器的技术指标49

2.2 光开关49

2.3 光隔离器和环形器51

2.3.1 光隔离器51

2.3.2 光环形器52

2.4 光纤光栅53

2.4.1 光纤光栅工作原理54

2.4.2 光纤光栅的应用56

2.5 波分复用器57

2.6 偏振控制器59

2.6.1 偏振控制器概述59

2.6.2 偏振控制器的基本原理59

2.6.3 偏振控制器的分类60

2.7 半导体光源61

2.8 LED与LD62

2.8.1 LED62

2.8.2 LD64

2.9 PIN和APD66

2.9.1 PIN光电二极管66

2.9.2 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70

3.1 光纤特征参数70

3.1.1 光纤的损耗70

3.1.2 光纤的色散与带宽75

3.1.3 单模光纤模场半径81

3.1.4 单模光纤截止波长83

3.1.5 光纤的物理化学特性83

3.1.6 光纤参数测试技术85

3.2 光纤传感光学原理96

3.2.1 反射与折射原理96

3.2.2 光吸收原理96

3.2.3 声光效应97

3.2.4 磁光效应97

3.2.5 电光效应98

3.2.6 弹光效应99

3.2.7 萨格纳克效应99

习题与思考100

第4章 光纤传感原理102

4.1 光纤传感器概述102

4.1.1 光纤传感器的原理102

4.1.2 光纤传感器的类型102

4.1.3 光纤传感器的构成103

4.1.4 光纤传感器的性能特点106

4.2 强度调制光纤传感器106

4.2.1 强度调制106

4.2.2 透射式强度调制108

4.2.3 光模式强度调制109

4.2.4 折射率强度调制110

4.2.5 光吸收系数强度调制110

4.2.6 强度传感器的参考测量方法111

4.3 频率调制光纤传感器114

4.3.1 频率调制原理114

4.3.2 频率检测116

4.3.3 应用举例117

4.4 波长（颜色）调制光纤传感器119

4.4.1 波长（颜色）调制原理119

4.4.2 波长检测121

4.4.3 应用举例122

4.5 相位调制光纤传感器123

4.5.1 相位调制123

4.5.2 几种光纤干涉仪125

4.5.3 相位检测128

4.5.4 应用举例133

4.6 偏振态调制光纤传感器135

4.6.1 偏振态调制原理135

4.6.2 偏振态的检测139

4.6.3 应用举例140

4.7 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145

5.1 光纤光栅的发展与分类145

5.1.1 光纤光栅的发展145

5.1.2 光纤光栅的分类146

5.2 光纤光栅的应用与现状149

5.2.1 光纤光栅的应用149

5.2.2 长周期光纤光栅的研究现状152

5.3 光纤光栅的光敏性与传感性能157

5.3.1 光纤光栅的光敏性157

5.3.2 光纤光栅的传感性能160

5.3.3 光纤光栅的特性分析164

5.4 光纤光栅的制作167

5.4.1 侧面抛光型光纤布喇格光栅167

5.4.2 Hill光栅168

5.4.3 Meltz光栅168

5.4.4 单脉冲光栅169

5.4.5 相位掩模光栅169

5.4.6 逐点写入的光纤光栅170

5.4.7 带通光纤光栅170

5.4.8 重叠多个光纤光栅171

5.4.9 光纤啁啾光栅制作技术171

5.5 光纤光栅温度特性与应用172

5.5.1 裸光纤光栅封装制成的温度传感器173

5.5.2 带有机械结构的光纤光栅温度传感器176

5.5.3 长周期光纤光栅的温度特性及应用178

5.6 光纤光栅轴向应变特性与应用184

5.6.1 轴向应变特性的理论分析184

5.6.2 轴向应变特性的应用186

5.7 光纤光栅扭曲与弯曲特性及应用188

5.7.1 扭曲特性分析188

5.7.2 弯曲特性分析198

5.8 光纤光栅横向负载特性与应用204

5.8.1 光纤光栅横向负载特性分析204

5.8.2 横向负载特性的应用210

5.9 光纤光栅振动与加速度特性与及用212

习题与思考222

第6章 光纤传输特性测量224

6.1 光纤衰减特性测量224

6.1.1 概述224

6.1.2 截断法225

6.1.3 插入损耗法230

6.1.4 后向散射法231

6.2 光纤色散特性测量234

6.2.1 概述234

6.2.2 相移法235

6.2.3 脉冲时延法239

6.3 光纤传输系统性能测试245

6.3.1 概述245

6.3.2 误码特性247

6.3.3 抖动特性251

6.4 光纤传输特性测量的工程应用256

6.4.1 光纤链路现场测试256

6.4.2 高速光网络系统的测试258

6.4.3 FTTH光网络的测试260

习题与思考263

第7章 特种光纤及应用264

7.1 零色散平移光纤和色散平坦光纤264

7.1.1 零色散平移光纤264

7.1.2 色散平坦光纤265

7.2 保偏光纤及低双折射光纤265

7.2.1 保偏光纤266

7.2.2 低双折射光纤266

7.3 红外光纤267

7.4 衰减场光纤269

7.5 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275

8.1 光纤测量仪表275

8.1.1 光功率计275

8.1.2 光时域反射仪277

8.1.3 光纤熔接机282

8.1.4 光谱分析仪284

8.1.5 光纤干涉仪287

8.2 纤测量基础实验291

8.2.1 半导体激光器P-I特性曲线测量291

8.2.2 半导体光电检测器参数测量294

8.2.3 光纤光栅与光纤激光器参数测量299

8.2.4 光纤传感器参数测量301

8.2.5 光纤色散测量303

8.2.6 光纤马赫-泽德干涉测量304

8.2.7 光纤光栅外腔半导体激光器参数测量306

参考文献309