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目录1

第1章 光纤的基本特性1

1.1 引言1

1.2 光纤的结构与分类1

1.2.1 光纤的结构1

1.2.2 光纤的分类2

1.3 光纤的导光原理4

1.3.2 光线在光纤中的传播5

1.3.1 光在介质分界面上的全反射5

1.3.3 光波在光纤中的传播11

1.4 光纤的损耗特性15

1.4.1 光纤的损耗系数16

1.4.2 吸收损耗16

1.4.3 散射损耗18

1.4.4 辐射损耗20

1.5 光纤的色散特性21

1.5.1 时延差和色散系数21

1.5.2 材料色散23

1.5.3 波导色散24

1.5.4 模间色散25

1.5.5 光纤的传输带宽27

1.6 光纤的偏振与双折射29

1.6.1 单模光纤的理想偏振特性与双折射效应29

1.6.2 保偏光纤30

1.6.3 纯单模光纤31

1.7 光纤的非线性32

1.7.1 非线性折射34

1.7.2 受激非弹性散射35

1.7.3 参量过程与四波混频38

1.7.4 光孤子39

第2章 光源42

2.1 引言42

2.2 辐射光源基础42

2.3 光源的相干性44

2.3.1 时间相干性45

2.3.2 空间相干性46

2.4.1 热光源48

2.4 非相干光源48

2.4.2 气体放电光源49

2.4.3 固态非相干光源——发光二极管51

2.5 相干光源56

2.5.1 激光器的工作原理56

2.5.2 激光的模式59

2.5.3 应用于光学传感领域的激光光源61

第3章 光探测器和接收器71

3.1 引言71

3.2 热电探测器73

3.2.1 辐射热电偶与热电堆74

3.2.2 热敏电阻74

3.2.3 气动式热探测器75

3.2.4 热释电探测器76

3.3 光电子发射探测器76

3.3.1 光电子发射效应76

3.3.2 光电管77

3.3.3 光电倍增管78

3.3.4 图像增强器82

3.4 光电导探测器83

3.4.1 工作原理和结构83

3.4.2 基本特性84

3.4.3 几种光电导材料85

3.5 光电二极管85

3.5.1 结型探测器工作原理85

3.5.2 响应度86

3.5.3 工作波长87

3.5.4 工作模式88

3.5.5 耗尽层宽度和结电容89

3.5.6 响应时间90

3.5.7 雪崩倍增效应91

3.5.8 材料94

3.5.9 探测器结构94

3.6 接收器96

3.6.1 前置放大器的设计97

3.7.1 噪声源概况98

3.6.2 场效应晶体管（FET）前置放大器98

3.7 光电二极管接收器中的噪声98

3.7.2 暗电流和散粒噪声99

3.7.3 热噪声和放大器噪声100

3.7.4 信噪比100

第4章 光纤温渡传感器103

4.1 引言103

4.2 分布式光纤温度传感器104

4.2.1 分布式光纤温度传感器的特点104

4.2.2 光纤光时域反射（OTDR）原理105

4.2.3 光纤喇曼背向散射及其温度效应106

4.2.4 分布式光纤喇曼背向散射光子温度传感器109

4.2.5 分布式光纤布里渊散射型温度传感器111

4.3 辐射式光纤温度传感器116

4.3.1 红外测温的基本原理116

4.3.2 辐射式光纤温度测量仪的分类117

4.3.3 亮度测温仪118

4.3.4 比色测温仪119

4.3.5 辐射式光纤温度测量仪的构成及其特点120

4.4 荧光光纤温度传感器121

4.4.1 荧光光纤测温原理121

4.4.2 荧光强度型光纤温度传感器123

4.4.3 荧光强度比型光纤温度传感器128

4.4.4 荧光寿命型光纤温度传感器130

4.5 光纤光栅温度传感器136

4.5.1 引言136

4.5.2 光纤光栅传感器的原理及其特点137

4.5.3 光纤光栅传感器的构成141

第5章 光电混合式光纤传感器143

5.1 引言143

5.1.1 传感器的供电144

5.1.2 传感器的分类145

5.2 光推动电容式传感器150

5.2.1 引言150

5.2.2 光纤传输光推动油罐液位测量系统结构151

5.2.3 电容式差压敏感元件特性155

5.3.1 引言158

5.3 光推动混合式电流互感器158

5.3.2 光纤式电流互感器的原理160

5.3.3 V/PWM和PWM/PPM调制163

5.3.4 PWM/PPM调制168

第6章 荧光光纤传感器170

6.1 引言170

6.2 荧光测量原理171

6.2.1 荧光概述171

6.2.2 荧光产生的机理172

6.2.3 荧光物质的激发光谱和发射光谱175

6.2.4 荧光寿命和量子产率177

6.2.5 荧光强度与溶液浓度之间的关系179

6.2.6 荧光与物质结构的关系180

6.2.7 环境因素对荧光的影响181

6.3 海洋环境监测荧光光纤传感器184

6.3.1 引言184

6.3.2 测量海藻中叶绿素a含量的荧光光纤传感器187

6.3.3 测量水中石油含量的荧光光纤传感器199

第7章 光纤气体传感器217

7.1 引言217

7.2 光纤气体传感器的分类218

7.2.1 光谱吸收型光纤气体传感器218

7.2.2 渐逝场型光纤气体传感器219

7.2.3 荧光型光纤气体传感器220

7.2.4 染料指示剂型光纤气体传感器221

7.2.5 折射率变化型光纤气体传感器222

7.2.6 多点复用型光纤气体传感器223

7.3 吸收型光纤气体传感器的设计与信号处理224

7.3.1 差分吸收检测224

7.3.2 谐波检测229

7.4 吸收型光纤气体传感头（气室）的设计242

7.5 吸收型光纤气体传感器的应用243

7.5.1 甲烷和乙炔谐波检测系统244

7.5.2 甲烷气体差分检测系统245

参考文献247