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第1章 光纤传输的基本理论1

1.1引言1

1.2均匀折射率光纤的光线理论2

1.2.1子午光线的传播2

1.2.2斜光线的传播3

1.2.3光纤的弯曲4

1.2.4光纤端面的倾斜效应5

1.2.5圆锥形光纤5

1.3变折射率光纤的光线理论6

1.3.1程函方程7

1.3.2光线方程8

1.3.3变折射率光纤中的光线分析9

1.4光波导的一般理论——正规光波导11

1.4.1麦克斯韦方程组11

1.4.2波动方程12

1.4.3模式14

1.4.4模式场的纵、横向分量15

1.5均匀折射率光纤的波动理论17

1.5.1矢量模18

1.5.2线偏振模与标量法20

1.5.3二层均匀光纤21

1.5.4电磁场分布图30

1.6变折射率光纤的波动理论32

1.6.1引言32

1.6.2平方律光纤的解析解33

1.6.3级数近似解35

1.6.4变折射率单模光纤的分析36

1.7均匀折射率单模光纤的分析38

1.7.1引言38

1.7.2基本性质38

1.7.3功率分布41

1.8非正规光波导的模耦合方程43

1.8.1非正规光波导43

1.8.2非正规光波导的模耦合方程（矢量模耦合方程）44

思考题与习题46

参考文献47

第2章 光纤的特性49

2.1引言49

2.2光纤的损耗49

2.2.1吸收损耗49

2.2.2散射损耗51

2.3光纤的色散52

2.3.1概述52

2.3.2模式色散53

2.3.3波长色散53

2.4光纤的设计54

2.4.1引言54

2.4.2多模光纤折射率分布的设计54

2.4.3单模光纤的设计55

2.4.4典型单模光纤的折射率分布58

2.4.5典型单模光纤性能58

2.5弹光效应61

2.6光纤中的双折射65

2.6.1纤芯的椭圆度引起的双折射65

2.6.2应力引起的双折射65

2.6.3弯曲引起的双折射65

2.6.4扭曲引起的双折射67

2.6.5外场引起的双折射67

2.6.6减小双折射影响的特殊措施68

2.7偏振光在光纤中的传输68

2.7.1偏振光的矩阵表示法——Jones矢量法68

2.7.2 Jones矩阵法在光纤中的应用70

2.7.3单模光纤在外力作用下引起双折射效应的Jones矩阵74

2.7.4 Poincare球图示法76

2.8光纤中的非线性效应81

2.8.1基本原理81

2.8.2自相位调制84

2.8.3光纤中的光孤子86

2.8.4交叉相位调制88

2.8.5受激拉曼散射88

2.8.6受激布里渊散射90

2.8.7四波混频91

思考题与习题92

参考文献93

第3章 光纤系统的损耗与光纤处理工艺95

3.1光纤弯曲损耗95

3.1.1光纤的宏弯损耗95

3.1.2微弯引起的光纤损耗96

3.2光纤和光源的连接97

3.2.1半导体激光器和光纤的连接98

3.2.2半导体发光二极管和光纤的耦合102

3.3光纤和光纤的连接102

3.3.1光纤与光纤的固定连接102

3.3.2多模光纤和多模光纤的直接耦合104

3.3.3单模光纤和单模光纤直接耦合107

3.4侧边抛磨光纤108

3.5光纤的腐蚀109

3.5.1化学腐蚀法制作纳米光纤探针109

3.5.2影响腐蚀效果的因素109

3.6光纤的改性110

3.6.1掺杂效应111

3.6.2光敏效应111

3.6.3非线性效应——拉曼效应和布里渊效应111

3.6.4力学效应111

3.6.5热学效应111

3.6.6电磁效应112

思考题与习题112

参考文献112

第4章 特种光纤114

4.1引言114

4.2变折射率光纤115

4.2.1变折射率光纤棒的成像理论115

4.2.2变折射率光纤棒的制造120

4.2.3变折射率光纤棒的应用121

4.2.4变折射率光纤棒的像差124

4.3偏振保持光纤简介126

4.3.1引言126

4.3.2偏振保持光纤的结构类型127

4.4红外光纤与紫外光纤127

4.4.1概述127

4.4.2氟化物与硫化物光纤128

4.4.3空芯波导130

4.4.4多晶红外光纤132

4.4.5红外光纤的应用132

4.4.6紫外光纤134

4.5荧光光纤135

4.5.1概述135

4.5.2荧光光纤成分135

4.5.3荧光光纤的光学性能136

4.5.4荧光光纤的应用136

4.5.5闪烁塑料光纤137

4.6聚合物光纤137

4.6.1概述137

4.6.2聚光物光纤种类和材料138

4.6.3聚合物光纤的特性139

4.6.4聚合物光纤器件及应用141

4.7光子晶体光纤141

4.7.1概述141

4.7.2光子晶体光纤的类型、材料与制作142

4.7.3光子晶体光纤的特性143

4.7.4光子晶体光纤的应用145

4.8侧边抛磨光纤与金属化光纤146

4.8.1侧边抛磨光纤的制备146

4.8.2金属化光纤146

4.9单晶光纤147

4.9.1概述147

4.9.2材料147

4.9.3单晶光纤的特性与应用147

4.10增敏和去敏光纤149

4.10.1对辐射的增敏和去敏光纤149

4.10.2磁敏光纤150

4.11双包层光纤150

4.12多芯光纤152

4.13微纳光纤153

思考题与习题154

参考文献155

第5章 光纤特征参数的测量156

5.1引言156

5.1.1光纤测量的内容与特点156

5.1.2光纤测量的方法156

5.1.3光纤测量仪器157

5.2损耗测量158

5.2.1光纤损耗的测量158

5.2.2光纤器件的插损测量160

5.2.3谱损的测量161

5.2.4反射损耗的测量162

5.3模场直径测量162

5.3.1模场直径定义162

5.3.2测量方法163

5.4截止波长及其测量164

5.4.1截止波长的定义165

5.4.2传导功率法166

5.4.3模场直径法167

5.4.4替代法167

5.5色散测量168

5.5.1测量原理168

5.5.2相移法169

5.5.3干涉法169

5.5.4基带测量171

5.5.5偏振模色散及其测量173

5.6折射率分布、几何尺寸与最大理论数值孔径的测量176

5.6.1折射近场法176

5.6.2近场扫描法177

5.6.3几何尺寸的测量179

5.6.4最大理论数值孔径的测量179

5.7高双折射光纤拍长的测量180

思考题与习题181

参考文献182

第6章 光纤无源及有源器件183

6.1引言183

6.2光纤耦合器、环行器与光波分复用器184

6.2.1熔锥型单模光纤光分/合路连接器184

6.2.2磨抛型单模光纤定向耦合器187

6.2.3光环行器188

6.2.4光波分复用器（WDM）190

6.3光开关、光纤滤波器与光纤调制器190

6.3.1概述190

6.3.2光开关原理191

6.3.3光纤调制器192

6.3.4光纤滤波器194

6.4光纤旋转连接器197

6.4.1光纤旋转连接器的工作原理197

6.4.2光纤旋转连接器的基本结构197

6.5光衰减器199

6.5.1光衰减器原理、分类与基本结构199

6.5.2全光纤热光型可变光衰减器199

6.6光缓存器201

6.7光纤偏振器件203

6.7.1光纤偏振控制器203

6.7.2保偏光纤偏振器203

6.7.3光纤隔离器204

6.8光纤光栅205

6.8.1引言205

6.8.2光纤光栅的分类206

6.8.3光纤Bragg光栅的理论模型208

6.8.4均匀周期正弦型光纤光栅209

6.8.5非均匀周期光纤光栅211

6.8.6光纤光栅的写入方法简介213

6.9掺杂光纤激光器与放大器214

6.9.1掺杂光纤激光器214

6.9.2光纤放大器218

6.9.3大功率双包层光纤激光器219

6.10光纤拉曼与光纤布里渊激光器222

6.10.1光纤拉曼激光器与放大器222

6.10.2光纤布里渊激光器与放大器222

思考题与习题224

参考文献225

第7章 光纤传输数据和图像227

7.1概述227

7.2光纤通信227

7.3光纤传输距离的估算228

7.3.1光纤的损耗228

7.3.2光纤的色散230

7.3.3色散对光纤传输的影响231

7.4光纤传光束232

7.5光纤传像束232

7.5.1概述232

7.5.2光纤传像束的结构233

7.5.3光纤传像束的性能234

7.5.4应用235

思考题与习题235

参考文献236

第8章 光纤传感器237

8.1概述237

8.1.1光纤传感器的定义及分类237

8.1.2光纤传感器的特点238

8.2振幅调制传感型光纤传感器238

8.2.1光纤微弯传感器239

8.2.2光纤受抑全内反射传感器240

8.2.3光纤辐射传感器241

8.3振幅调制型光纤传感器的补偿技术242

8.3.1双波长补偿法242

8.3.2旁路光纤监测法243

8.3.3光桥平衡补偿法243

8.4相位调制传感型光纤传感器243

8.4.1引言243

8.4.2 Mach-Zehnder光纤干涉仪和Michelson光纤干涉仪244

8.4.3 Sagnac光纤干涉仪245

8.4.4光纤Fabry-Perot干涉仪247

8.4.5光纤环形腔干涉仪251

8.4.6白光干涉型光纤传感器252

8.4.7外界压力对光纤干涉仪的影响255

8.4.8温度对光纤干涉仪的影响258

8.4.9光纤干涉仪的传感应用259

8.5偏振态调制型光纤传感器259

8.5.1光纤电流传感器259

8.5.2双折射对光纤传感的影响262

8.5.3光纤偏振干涉仪263

8.6波长调制型光纤传感器264

8.6.1引言264

8.6.2光纤布喇格光栅应变传感模型264

8.6.3光纤布喇格光栅温度传感模型分析269

8.6.4光纤布喇格光栅在光纤传感领域中的典型应用270

8.6.5长周期光纤光栅在传感领域的应用272

8.6.6光纤光栅折射率传感技术273

8.6.7 LPG马赫-泽德干涉仪折射率传感器275

8.7光纤荧光温度传感器275

8.7.1光纤荧光温度传感原理275

8.7.2荧光寿命测温276

8.7.3荧光强度比测温276

8.7.4荧光传感材料277

8.7.5荧光测温系统在工业领域的应用278

8.8分布式光纤传感器278

8.8.1概述278

8.8.2散射型分布式光纤传感器280

8.8.3偏振型和相位型分布式光纤传感器280

8.9聚合物光纤传感器281

8.10光子晶体光纤及其在传感中的应用281

8.10.1光子晶体光纤用于气体检测282

8.10.2基于孔内光和物质相互作用的其他传感器283

8.10.3特种光子晶体光纤与传感283

8.10.4掺杂的微结构聚合物光纤传感器285

8.11传光型光纤传感器286

8.11.1振幅调制传光型光纤传感器286

8.11.2相位调制传光型光纤传感器288

8.11.3偏振态调制传光型光纤传感器289

8.12光纤传感网络290

8.12.1可用于构成光传感网的传感器291

8.12.2成网技术291

8.13光纤传感技术的发展趋势及课题295

思考题与习题295

参考文献297