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第1章　光纤器件及原理1

1.1 光纤的基本概念1

1.1.1 光纤的结构1

1.1.2 光纤的材料2

1.1.3 光纤的类型3

1.1.4　光纤的特性4

1.2　传感用光纤器件5

1.2.1 光纤光栅6

1.2.2　光纤光栅制作方法及传感基础7

1.2.3　光纤耦合器14

1.2.4　光纤隔离器及环形器19

1.2.5 光开关20

1.2.6　波分复用器29

1.2.7 自聚焦透镜31

参考文献34

第2章　光纤传感系统36

2.1 光纤传感系统的组成36

2.2　光纤传感系统中的光源37

2.2.1 半导体激光二极管38

2.2.2　发光二极管39

2.2.3　放大自发辐射ASE光源41

2.2.4 可调谐分布反馈（DFB）激光器42

2.2.5　光纤光栅激光器43

2.2.6 氦氖（He-Ne）激光器46

2.3　光纤传感系统中的光电探测器46

2.3.1 PIN光电二极管47

2.3.2　雪崩光电二极管48

2.3.3 光敏电阻50

2.3.4　硅光电池51

2.3.5　硅光电二极管52

2.3.6　光电位置敏感器件54

2.4　光纤传感器中光的调制技术55

2.5　光纤传感技术简介56

参考文献58

第3章　光纤传感器中的光学原理及效应60

3.1　光学反射原理60

3.2　光学折射原理61

3.3　光学吸收原理62

3.3.1　光学吸收原理62

3.3.2　一般吸收和选择吸收63

3.3.3　吸收光谱63

3.3.4　半导体吸收法测量温度的原理64

3.3.5　光谱吸收法测量成分或浓度65

3.4　光学多普勒效应66

3.5　声光效应66

3.6　磁光效应67

3.6.1　法拉第效应68

3.6.2　磁光克尔效应68

3.6.3　塞曼效应69

3.6.4　磁致线双折射效应69

3.6.5　磁光效应的应用70

3.7 电光效应71

3.7.1　泡克耳斯效应71

3.7.2　基于电光效应的光纤电压传感技术73

3.7.3 一种基于电光效应的光纤电压传感器76

3.8　弹光效应77

3.9 Sagnac效应78

3.9.1 圆形光路轨道的情况78

3.9.2　任意形状光路轨道的情况79

3.9.3　光纤陀螺原理80

3.10 光声效应83

3.10.1 液体光声效应的激光激发机制83

3.10.2　液体光声效应的应用84

参考文献85

第4章　光纤传感原理及应用技术88

4.1　强度调制型光纤传感器技术88

4.1.1　反射式强度调制89

4.1.2　透射式强度调制91

4.1.3　光模式强度调制93

4.1.4　折射率强度调制95

4.1.5　光吸收系数强度调制97

4.2　相位调制型光纤传感器技术98

4.2.1　光纤相位调制机理98

4.2.2　光纤相位调制的普通干涉测量102

4.2.3　光纤相位调制干涉测量的新发展108

4.2.4　光纤相位解调技术116

4.3　偏振调制型光纤传感器技术120

4.3.1 光纤偏振调制的常用物理效应120

4.3.2　光纤偏振调制机理的典型应用121

4.4　频率调制型光纤传感器技术126

4.4.1　光学多普勒效应127

4.4.2　光纤多普勒传感技术127

4.5　波长调制型光纤传感器技术129

4.5.1 光纤pH值探测技术130

4.5.2　光纤荧光探测技术131

4.5.3　光纤黑体辐射探测技术132

4.6　分布式光纤传感器技术134

参考文献140

第5章　光纤光栅传感应用技术145

5.1　光纤光栅温度传感器145

5.1.1 用裸光纤光栅传感器对温度进行测量146

5.1.2　对裸光纤光栅封装制成的温度传感器147

5.1.3　带有机械结构的光纤光栅温度传感器151

5.2　光纤光栅振动与加速度传感器153

5.2.1 光纤光栅应变测量的基本公式153

5.2.2　悬臂梁和简支梁结构154

5.2.3 光纤光栅振动与加速度传感器157

5.3　光纤光栅压力传感器165

5.3.1　裸光纤光栅的压力测量165

5.3.2　改进的光纤光栅压力传感器166

5.4　光纤光栅电磁传感器184

5.5　光纤光栅水声以及液体参数传感器191

5.5.1　光纤光栅水声传感器191

5.5.2　光纤光栅液体参数传感器194

5.6　光纤光栅碳氢化合物传感器199

5.7　长周期光纤光栅折射率传感器204

5.8　光纤光栅扭矩传感器208

5.8.1　扭矩传感原理208

5.8.2　光纤光栅扭矩传感器结构210

参考文献216

第6章　光纤光栅传感信号的解调方法220

6.1　单光纤光栅传感信号的解调技术220

6.1.1 复合干涉解调法221

6.1.2　被动式波长比率解调法222

6.1.3　波分复用（WDM）光纤耦合器解调法223

6.1.4　非平衡Mach-Zehnder干涉解调法224

6.1.5　锁模解调法226

6.1.6 基于光纤Fabry-Perot滤波器解调法227

6.1.7　非平衡扫描迈克尔逊干涉仪解调法228

6.1.8　斜光纤光栅（TFBG）解调法229

6.1.9　基于波长选择性探测器的解调法230

6.1.10　傅里叶变换谱法231

6.1.11 FBG自解调法231

6.1.12　匹配光纤光栅滤波法232

6.1.13　波长扫描极值法233

6.1.14　高折射环形镜边缘滤波法234

6.1.15　保偏光纤环路调谐法234

6.2　多光纤光栅分布式传感信号的解调技术235

6.2.1 CCD分光计法236

6.2.2 匹配FBG可调滤波检测法237

6.2.3　可调谐光纤F-P滤波器检测法238

6.2.4　非平衡M-Z干涉仪检测法239

6.2.5　结合时域地址查询技术的非平衡Michelson干涉解调检测法240

6.2.6　可调窄带光源检测法243

6.2.7　连续波调频技术244

6.2.8　宽谱光源／副载波检测法246

6.2.9　可调制激光器解调系统247

参考文献249

第7章 光纤光栅传感网络与复用技术251

7.1　光纤光栅传感网络的概念251

7.1.1　传感器网络251

7.1.2　光纤光栅传感网络251

7.2　光纤光栅传感网络常见的复用技术252

7.2.1 光纤光栅传感网络的波分复用技术253

7.2.2　光纤光栅传感网络的空分复用技术258

7.2.3　光纤光栅传感网络的时分复用技术260

7.2.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术261

7.2.5 光纤光栅传感网络的相干域复用技术262

7.2.6　混合复用FBG传感网络263

参考文献269

第8章　新型光纤器件及原理271

8.1　光子晶体光纤271

8.1.1 光子晶体光纤的结构及其导光原理272

8.1.2 PCF的特性273

8.1.3　光子晶体光纤的发展274

8.1.4　光子晶体光纤光栅277

8.2　新型塑料光纤283

8.2.1　塑料光纤的概念和材料283

8.2.2　塑料光纤的制作方法284

8.2.3　塑料光纤的特性284

8.2.4　塑料光纤的新发展与应用285

8.3　液芯光纤286

8.4　一些典型的传感用特种光纤289

8.4.1　特殊处理的石英光纤290

8.4.2　光纤结构的改变292

8.4.3　改变光纤的掺杂材料294

8.5　双轴（保偏）光纤光栅297

8.5.1　双轴光纤光栅的概念297

8.5.2　边孔光纤光栅的特性298

8.6　双包层光纤光栅301

8.7　变包层光纤光栅303

8.8　多模光纤光栅306

8.9　少模光纤光栅307

8.10　光纤光栅耦合器309

8.10.1　分离式光纤光栅耦合器309

8.10.2　融合式光纤光栅耦合器310

8.11 阶跃变化折射率长周期光纤光栅312

参考文献312

思考题316