光纖傳感原理與檢測技術

第1章  光纖基本理論 1
1.1  光纖光學的基本方程 1
1.1.1  麥克斯韋方程與亥姆霍茲方程 1
1.1.2  波導場方程與模式的概念 3
1.1.3  程函方程與射線方程 5
1.2  光線理論 6
1.2.1  SIOF中光線的傳播 6
1.2.2  GIOF中光線的傳播 8
1.2.3  GIOF的最佳折射率分布 10
1.3  光纖中的模式及性質(zhì) 12
1.4  階躍折射率分布光纖中的場解 17
1.4.1  本征解的選擇 17
1.4.2  本征值方程 18
1.4.3  光纖中的模式及其分類 19
1.4.4  模式本征值 20
1.4.5  色散曲線與單模條件 23
1.5  弱導光纖與線偏振模 24
1.5.1  LPιm模的本征解 25
1.5.2  本征值方程 26
1.5.3  截止和遠離截止條件 27
1.5.4  導模數(shù)目 27
1.5.5  導模場分布圖 28
1.5.6  導模縱向功率流 29
1.5.7  模式輸出特性 30
1.6  漸變折射率分布光纖中的場解 31
1.6.1  平方律分布光纖中的導模場 31
1.6.2  WKB法的基本思想 32
1.6.3  導模本征值 34
1.6.4  場的輸出特性 36
1.7  單模光纖中的場解 37
1.7.1  理想階躍型單模光纖的場解 37
1.7.2  單模光纖的高斯近似解 38
1.7.3  漸變型光纖的等效階躍型光纖近似（ESF）解 41
1.7.4  單模光纖的雙折射 45
習題與思考 46
第2章  光纖傳感器件 48
2.1  光纖耦合器 48
2.1.1  概述 48
2.1.2  熔錐型光纖耦合器 48
2.1.3  耦合器的技術指標 49
2.2  光開關 49
2.3  光隔離器和環(huán)形器 51
2.3.1  光隔離器 51
2.3.2  光環(huán)形器 52
2.4  光纖光柵 53
2.4.1  光纖光柵工作原理 54
2.4.2  光纖光柵的應用 56
2.5  波分復用器 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  偏振控制器的分類 60
2.7  半導體光源 61
2.8  LED與LD 62
2.8.1  LED 62
2.8.2  LD 64
2.9  PIN和APD 66
2.9.1  PIN光電二極管 66
2.9.2  APD雪崩光電二極管 68
習題與思考 69
第3章  光纖特征參數(shù)與傳感器光學原理 70
3.1  光纖特征參數(shù) 70
3.1.1  光纖的損耗 70
3.1.2  光纖的色散與帶寬 75
3.1.3  單模光纖模場半徑 81
3.1.4  單模光纖截止波長 83
3.1.5  光纖的物理化學特性 83
3.1.6  光纖參數(shù)測試技術 85
3.2  光纖傳感光學原理 96
3.2.1  反射與折射原理 96
3.2.2  光吸收原理 96
3.2.3  聲光效應 97
3.2.4  磁光效應 97
3.2.5  電光效應 98
3.2.6  彈光效應 99
3.2.7  薩格納克效應 99
習題與思考 100
第4章  光纖傳感原理 102
4.1  光纖傳感器概述 102
4.1.1  光纖傳感器的原理 102
4.1.2  光纖傳感器的類型 102
4.1.3  光纖傳感器的構成 103
4.1.4  光纖傳感器的性能特點 106
4.2  強度調(diào)制光纖傳感器 106
4.2.1  強度調(diào)制 106
4.2.2  透射式強度調(diào)制 108
4.2.3  光模式強度調(diào)制 109
4.2.4  折射率強度調(diào)制 110
4.2.5  光吸收系數(shù)強度調(diào)制 110
4.2.6  強度傳感器的參考測量方法 111
4.3  頻率調(diào)制光纖傳感器 114
4.3.1  頻率調(diào)制原理 114
4.3.2  頻率檢測 116
4.3.3  應用舉例 117
4.4  波長（顏色）調(diào)制光纖傳感器 119
4.4.1  波長（顏色）調(diào)制原理 119
4.4.2  波長檢測 121
4.4.3  應用舉例 122
4.5  相位調(diào)制光纖傳感器 123
4.5.1  相位調(diào)制 123
4.5.2  幾種光纖干涉儀 125
4.5.3  相位檢測 128
4.5.4  應用舉例 133
4.6  偏振態(tài)調(diào)制光纖傳感器 135
4.6.1  偏振態(tài)調(diào)制原理 135
4.6.2  偏振態(tài)的檢測 139
4.6.3  應用舉例 140
4.7  復用式和分布式光纖傳感器 141
習題與思考 144
第5章  光纖光柵傳感器 145
5.1  光纖光柵的發(fā)展與分類 145
5.1.1  光纖光柵的發(fā)展 145
5.1.2  光纖光柵的分類 146
5.2  光纖光柵的應用與現(xiàn)狀 149
5.2.1  光纖光柵的應用 149
5.2.2  長周期光纖光柵的研究現(xiàn)狀 152
5.3  光纖光柵的光敏性與傳感性能 157
5.3.1  光纖光柵的光敏性 157
5.3.2  光纖光柵的傳感性能 160
5.3.3  光纖光柵的特性分析 164
5.4  光纖光柵的制作 167
5.4.1  側面拋光型光纖布喇格光柵 167
5.4.2  Hill光柵 168
5.4.3  Meltz光柵 168
5.4.4  單脈沖光柵 169
5.4.5  相位掩模光柵 169
5.4.6  逐點寫入的光纖光柵 170
5.4.7  帶通光纖光柵 170
5.4.8  重疊多個光纖光柵 171
5.4.9  光纖啁啾光柵制作技術 171
5.5  光纖光柵溫度特性與應用 172
5.5.1  裸光纖光柵封裝制成的溫度傳感器 173
5.5.2  帶有機械結構的光纖光柵溫度傳感器 176
5.5.3  長周期光纖光柵的溫度特性及應用 178
5.6  光纖光柵軸向應變特性與應用 184
5.6.1  軸向應變特性的理論分析 184
5.6.2  軸向應變特性的應用 186
5.7  光纖光柵扭曲與彎曲特性及應用 188
5.7.1  扭曲特性分析 188
5.7.2  彎曲特性分析 198
5.8  光纖光柵橫向負載特性與應用  204
5.8.1  光纖光柵橫向負載特性分析 204
5.8.2  橫向負載特性的應用 210
5.9  光纖光柵振動與加速度特性與及用 212
5.9.1  光纖光柵振動與加速度特性 212
習題與思考 222
第6章  光纖傳輸特性測量 224
6.1  光纖衰減特性測量 224
6.1.1  概述 224
6.1.2  截斷法 225
6.1.3  插入損耗法 230
6.1.4  后向散射法 231
6.2  光纖色散特性測量 234
6.2.1  概述 234
6.2.2  相移法 235
6.2.3  脈沖時延法 239
6.3  光纖傳輸系統(tǒng)性能測試 245
6.3.1  概述 245
6.3.2  誤碼特性 247
6.3.3  抖動特性 251
6.4  光纖傳輸特性測量的工程應用 256
6.4.1  光纖鏈路現(xiàn)場測試 256
6.4.2  高速光網(wǎng)絡系統(tǒng)的測試 258
6.4.3  FTTH光網(wǎng)絡的測試 260
習題與思考 263
第7章  特種光纖及應用 264
7.1  零色散平移光纖和色散平坦光纖 264
7.1.1  零色散平移光纖 264
7.1.2  色散平坦光纖 265
7.2  保偏光纖及低雙折射光纖 265
7.2.1  保偏光纖 266
7.2.2  低雙折射光纖 266
7.3  紅外光纖 267
7.4  衰減場光纖 269
7.5  其他特種光纖 271
習題與思考 274
第8章  光纖測量儀表與基礎實驗 275
8.1  光纖測量儀表 275
8.1.1  光功率計 275
8.1.2  光時域反射儀 277
8.1.3  光纖熔接機 282
8.1.4  光譜分析儀 284
8.1.5  光纖干涉儀 287
8.2  纖測量基礎實驗 291
8.2.1 半導體激光器P-I特性曲線測量 291
8.2.2  半導體光電檢測器參數(shù)測量 294
8.2.3  光纖光柵與光纖激光器參數(shù)測量 299
8.2.4  光纖傳感器參數(shù)測量 301
8.2.5  光纖色散測量 303
8.2.6  光纖馬赫-澤德干涉測量 304
8.2.7  光纖光柵外腔半導體激光器參數(shù)測量 306
參考文獻 309