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第1章 光纤技术基础1

1.1光纤的基本特性1

1.1.1均匀折射率光纤中光线的传播与数值孔径2

1.1.2光纤的弯曲4

1.1.3光纤端面的倾斜效应5

1.1.4圆锥形光纤6

1.1.5光纤的损耗7

1.1.6光纤的色散9

1.2光纤的耦合技术10

1.2.1光纤和光源的耦合10

1.2.2光纤和光纤的直接耦合12

1.2.3多模光纤通过透镜耦合12

1.3常用光纤器件13

1.3.1光纤定向耦合器、环形器与WDM14

1.3.2光纤偏振器件——PM控制器、起偏器与消偏器、扰偏器和光隔离器23

1.3.3全光开关31

1.3.4光纤光栅与光纤滤波器34

1.3.5光调制器42

1.3.6掺杂光纤激光器46

1.3.7大功率光纤激光器与包层泵浦技术52

1.3.8光纤放大器56

1.4光纤技术的应用60

1.4.1信息的获取60

1.4.2信息与图像的传输——光纤通信61

1.5小结62

习题与思考62

第2章 强度调制型光纤传感器64

2.1强度调制传感原理64

2.1.1反射式强度调制64

2.1.2透射式强度调制67

2.1.3光纤模式功率分布强度调制69

2.1.4折射率强度调制71

2.1.5光吸收系数调制72

2.2强度调制型光纤传感器的补偿技术73

2.2.1光源负反馈稳定法73

2.2.2双波长补偿法74

2.2.3旁路光纤监测法75

2.2.4光桥平衡补偿法76

2.2.5神经网络补偿法78

2.3强度调制型光纤传感器的类型及应用实例79

2.3.1光纤微弯传感器79

2.3.2光纤温度传感器83

2.4强度调制型光纤传感器的研究与发展方向87

习题与思考87

第3章 相位调制型光纤传感器89

3.1相位调制型光纤传感器原理89

3.1.1应力应变效应89

3.1.2温度应变效应92

3.2光纤干涉仪的类型93

3.2.1 Mach-Zehnder和Michelson光纤干涉仪93

3.2.2 Sagnac光纤干涉仪95

3.2.3光纤Fabry-Perot干涉仪99

3.2.4光纤环形腔干涉仪99

3.2.5相位压缩原理与微分干涉仪102

3.2.6白光干涉型光纤传感器104

3.3相位调制型光传感器的信号解调技术108

3.3.1干涉仪的信号解调109

3.3.2光纤锁相环方法112

3.3.3相位生成载波（PGC）解调方案114

3.4光纤干涉仪的传感应用实例116

3.4.1干涉式位移传感器116

3.4.2加速度传感器117

3.4.3振动传感器119

3.4.4温度传感器121

3.4.5磁场传感器123

3.4.6电流传感器124

3.5相位调制型光纤传感器的发展130

习题与思考130

第4章 波长调制型光纤传感器132

4.1波长调制传感原理132

4.2光纤Bragg光栅传感器133

4.2.1光纤Bragg光栅传感模型133

4.2.2光纤光栅增敏与去敏设计139

4.2.3光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用143

4.3光纤SPR传感器144

4.3.1 SPR原理与理论模型145

4.3.2光纤SPR传感器及其应用147

4.4光声光谱微量气体检测技术152

4.4.1光声光谱原理152

4.4.2光声气室的设计与优化154

4.4.3微量气体的光声光谱法高精度检测实例158

4.5光纤荧光温度传感器159

4.5.1荧光型光纤温度传感器的类型160

4.5.2光纤荧光温度传感系统的结构161

4.6传光型波长调制光纤传感器164

4.6.1波长调制机理164

4.6.2光纤pH值传感器165

4.6.3光纤磷光传感器167

4.6.4光纤黑体温度计168

4.7光纤传感器用于智能材料及其结构170

4.7.1可用于智能结构的光纤传感器170

4.7.2光纤传感器用于智能结构的一些问题171

习题与思考171

第5章 偏振态调制型光纤传感器173

5.1偏振态调制传感原理173

5.1.1 Pockels效应173

5.1.2 Kerr效应174

5.1.3 Faraday效应176

5.1.4弹光效应177

5.2偏振调制光纤传感器类型及应用实例178

5.2.1光纤电流传感器178

5.2.2 BSO晶体光纤电场传感器180

5.2.3光纤法拉第磁强计181

5.2.4压力与水声传感器182

5.2.5医用体压计182

5.2.6动脉光纤血流计185

5.2.7光纤偏振干涉仪186

习题与思考186

第6章 分布式光纤传感器188

6.1引言188

6.2时域分布式光纤传感器的工作机理190

6.2.1光纤中的背向散射光分析190

6.2.2 OTDR技术191

6.2.3瑞利散射型分布式光纤传感技术191

6.2.4基于拉曼散射的分布式光纤传感技术192

6.2.5布里渊散射型分布式光纤传感技术193

6.2.6拉曼型、布里渊型和偏振模式耦合型分布式温度传感方法比较196

6.2.7 FBG和BOTDR性能比较196

6.3其他（准）分布式光纤传感器197

6.3.1光纤F-P传感器198

6.3.2基于干涉技术的分布式光纤传感器202

6.4分布式光纤传感器的应用204

6.5小结205

习题与思考206

第7章 光传感器网络技术207

7.1概述207

7.2光纤网络的连接技术207

7.2.1网络损耗的主要来源207

7.2.2通过透镜耦合降低损耗219

7.3光网络技术222

7.3.1可用于构成光传感网的传感器222

7.3.2成网技术228

7.4光纤光栅传感网络232

7.4.1光纤光栅在传感应用中需考虑的一般问题232

7.4.2光纤光栅传感网络232

7.5基于干涉型光纤传感器的光纤传感网238

7.5.1大规模干涉型光纤传感网络的基本结构238

7.5.2超大容量干涉型光纤传感网络的信号处理方法239

7.5.3超大容量干涉型光纤传感网络的偏振诱导信号衰落及其控制方法240

7.5.4长距离复合复用网络结构中的光放大机理及极限性能242

习题与思考243

第8章 光传感器的封装技术244

8.1概述244

8.1.1光传感器封装的主要目的244

8.1.2光传感器封装的基本要求244

8.2光传感器的封装类型245

8.2.1机械固定式245

8.2.2胶粘固定式246

8.2.3焊接固定式246

8.2.4金属焊固定式246

8.3 MEMS/MOEMS光纤传感器与微系统封装247

8.3.1典型的MEMS器件248

8.3.2典型MOEMS系统与传感器249

8.3.3 MOEMS光纤传感器260

8.3.4可调光纤传感器与MOEMS Bragg光栅传感器261

8.3.5微制造工艺与系统封装263

8.4光器件封装实例269

8.4.1同轴封装269

8.4.2蝶式封装270

8.4.3带尾纤全金属化封装272

8.4.4 Mini-DiL封装273

8.4.5无源对准技术274

8.5石英平面光路器件的封装技术275

8.5.1 PLC封装技术275

8.5.2各种PLC组件封装技术276

8.6光表面安装技术279

8.6.1光表面安装技术的基本结构与特点279

8.6.2光SMT的研究进展279

习题与思考281

第9章 新材料光纤传感器及应用技术282

9.1光子晶体光纤及其在传感中的应用282

9.1.1光子晶体光纤282

9.1.2光子晶体光纤传感器287

9.1.3 PCF小结290

9.2聚合物光纤及其传感应用290

9.2.1聚合物光纤材料及类型291

9.2.2多模聚合物光纤传感器及其应用297

9.2.3单模聚合物光纤传感器及其应用302

9.3小结307

习题与思考308

第10章 纳米光纤与传感器309

10.1纳米光纤309

10.1.1纳米光纤的典型特征——极高的倏逝场能量310

10.1.2纳米光纤的制造与操作311

10.2纳米光纤中的光传输312

10.2.1传输方程与精确解312

10.2.2传输损耗313

10.2.3纳米光纤的色散与超连续谱313

10.3纳米光纤的典型应用315

10.3.1纳米光纤传感器316

10.3.2非线性光学器件317

10.3.3纳米光纤耦合器318

10.3.4原子捕获与导向319

10.4其他纳米传感器322

10.4.1纳米器件、系统与纳米制造技术322

10.4.2纳米传感器的基本原理325

10.4.3典型纳米传感单元326

10.4.4典型纳米器件329

10.4.5典型纳米传感器331

10.5小结333

10.5.1电磁学及其在NEMS中的应用333

10.5.2纳米技术的发展前景335

习题与思考335

附录1书中所使用符号表336

附录2书中所使用缩写词汇表338

参考文献341