光纖傳感器及其應用技術

目錄
第1章 光纖技術基礎 1
1.1 光纖的基本特性 1
1.1.1 均勻折射率光纖中光線的傳播與數(shù)值孔徑 2
1.1.2 光纖的彎曲 3
1.1.3 光纖端面的傾斜效應 4
1.1.4 圓錐形光纖 5
1.1.5 光纖的損耗 6
1.1.6 光纖的色散 8
1.2 常用光纖器件 8
1.2.1 光纖定向耦合器、環(huán)形器與WDM 9
1.2.2 光纖偏振器件——PM控制器、起偏器與消偏器、擾偏器和光隔離器 17
1.2.3 全光開關 25
1.2.4 光纖光柵與光纖濾波器 27
1.2.5 光調(diào)制器 34
1.2.6 摻雜光纖激光器 37
1.2.7 大功率光纖激光器與包層泵浦技術 42
1.2.8 光纖放大器 45
1.3 小結 48
習題與思考49
第2章 強度調(diào)制型光纖傳感器 50
2.1 強度調(diào)制傳感原理 50
2.1.1 反射式強度調(diào)制 50
2.1.2 透射式強度調(diào)制 52
2.1.3 光纖模式功率分布強度調(diào)制 54
2.1.4 折射率強度調(diào)制 55
2.1.5 光吸收系數(shù)調(diào)制 57
2.2 強度調(diào)制型光纖傳感器的補償技術 57
2.2.1 光源負反饋穩(wěn)定法 57
2.2.2 雙波長補償法 58
2.2.3 旁路光纖監(jiān)測法 59
2.2.4 光橋平衡補償法 60
2.2.5 神經(jīng)網(wǎng)絡補償法 62
2.3 強度調(diào)制型光纖傳感器的類型及應用實例 63
2.3.1 光纖微彎傳感器 63
2.3.2 光纖溫度傳感器 66
2.4 強度調(diào)制型光纖傳感器的研究與發(fā)展方向 69
習題與思考 69
第3章 相位調(diào)制型光纖傳感器 70
3.1 相位調(diào)制型光纖傳感器原理 70
3.1.1 應力應變效應 70
3.1.2 溫度應變效應 73
3.2 光纖干涉儀的類型 74
3.2.1 Mach-Zehnder和Michelson光纖干涉儀 74
3.2.2 Sagnac光纖干涉儀 75
3.2.3 光纖Fabry-Perot干涉儀 79
3.2.4 光纖環(huán)形腔干涉儀 79
3.2.5 相位壓縮原理與微分干涉儀 81
3.2.6 白光干涉型光纖傳感器 83
3.3 相位調(diào)制型光傳感器的信號解調(diào)技術 87
3.3.1 干涉儀的信號解調(diào) 87
3.3.2 光纖鎖相環(huán)方法 90
3.3.3 相位生成載波(PGC)解調(diào)方案 92
3.4 光纖干涉儀的傳感應用實例 93
3.4.1 振動傳感器 94
3.4.2 磁場傳感器 96
3.4.3 電流傳感器 97
3.5 相位調(diào)制型光纖傳感器的發(fā)展 102
習題與思考 102
第4章 波長調(diào)制型光纖傳感器 103
4.1 波長調(diào)制傳感原理 103
4.2 光纖布拉格光柵傳感器 103
4.2.1 光纖布拉格光柵傳感模型 103
4.2.2 光纖光柵增敏與去敏設計 109
4.2.3 光纖布拉格光柵在光纖傳感領域中的典型應用 113
4.3 光纖SPR傳感器 114
4.3.1 SPR原理與理論模型 114
4.3.2 光纖SPR傳感器及其應用 116
4.4 光聲光譜微量氣體檢測技術 121
4.4.1 光聲光譜原理 121
4.4.2 光聲氣室的設計與優(yōu)化 122
4.4.3 微量氣體的光聲光譜法高精度檢測實例 126
4.5 光纖熒光溫度傳感器 127
4.6 光纖黑體(高溫)溫度計 131
習題與思考 132
第5章 偏振態(tài)調(diào)制型光纖傳感器 133
5.1 偏振態(tài)調(diào)制傳感原理 133
5.1.1 泡克耳斯效應 133
5.1.2 克爾效應 134
5.1.3 法拉第效應 135
5.1.4 彈光效應 136
5.2 偏振調(diào)制光纖傳感器類型及應用實例137
5.2.1 光纖電流傳感器137
5.2.2 BSO晶體光纖電場傳感器139
5.2.3 醫(yī)用體壓計140
5.2.4 動脈光纖血流計142
5.2.5 光纖偏振干涉儀143
習題與思考143
第6章 分布式光纖傳感器145
6.1 引言145
6.2 時域分布式光纖傳感器的工作機理 147
6.2.1 光纖中的背向散射光分析 147
6.2.2 OTDR技術 147
6.2.3 瑞利散射型分布式光纖傳感技術 148
6.2.4 基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術 149
6.2.5 布里淵散射型分布式光纖傳感技術 149
6.2.6 拉曼型、布里淵型和偏振模式耦合型分布式溫度傳感方法比較 152
6.2.7 FBG和BOTDR性能比較 152
6.3 其他(準)分布式光纖傳感器 153
6.3.1 光纖F-P傳感器 154
6.3.2 基于干涉技術的分布式光纖傳感器 157
6.4 分布式光纖傳感器的應用158
6.5 小結 160
習題與思考 160
第7章 光傳感器網(wǎng)絡技術 161
7.1 概述 161
7.1.1 可用于構成光傳感網(wǎng)的光纖傳感器 161
7.1.2 成網(wǎng)技術 165
7.2 光纖光柵傳感網(wǎng)絡 169
7.3 基于干涉型光纖傳感器的光纖傳感網(wǎng) 174
7.3.1 大規(guī)模干涉型光纖傳感網(wǎng)絡的基本結構 174
7.3.2 超大容量干涉型光纖傳感網(wǎng)絡的信號處理方法 176
7.3.3 超大容量干涉型光纖傳感網(wǎng)絡的偏振誘導信號衰落及其控制方法 176
7.3.4 長距離復合復用網(wǎng)絡結構中的光放大機理及極限性能 178
習題與思考 179
第8章 新材料光纖傳感器及其應用技術 180
8.1 光子晶體光纖及其在傳感中的應用 180
8.1.1 光子晶體光纖 180
8.1.2 光子晶體光纖傳感器 184
8.1.3 PCF小結 187
8.2 聚合物光纖及其傳感應用 187
8.2.1 聚合物光纖材料及類型 188
8.2.2 多模聚合物光纖傳感器及其應用 193
8.2.3 單模聚合物光纖傳感器及其應用 198
8.3 小結 203
習題與思考 204
第9章 納米光纖與傳感器 205
9.1 納米光纖 205
9.1.1 納米光纖的典型特征——極高的倏逝場能量 206
9.1.2 納米光纖的制造與操作 206
9.2 納米光纖中的光傳輸 208
9.2.1 傳輸方程與精確解 208
9.2.2 傳輸損耗 209
9.2.3 納米光纖的色散與超連續(xù)譜 210
9.3 納米光纖的典型應用 211
9.3.1 納米光纖傳感器 211
9.3.2 非線性光學器件 213
9.3.3 納米光纖耦合器 213
9.3.4 原子捕獲與導向 214
9.4 納米光纖傳感的發(fā)展前景 216
習題與思考 217
參考文獻 218
附錄1 符號表 220
附錄2 縮寫詞匯表 222