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1光电传感器 1

1.1概述 1

1.2强度调制型光电传感器 1

1.2.1反射型光电传感器 2

1.2.2透射型光电传感器 3

1.2.3CCD在光电信号测量中的应用 4

1.2.4强度调制型光电传感器的设计 7

1.3相位调制光电传感器 8

1.3.1概述 8

1.3.2光波的叠加 9

1.3.3典型的干涉 11

1.3.4低相干光源干涉 24

1.3.5典型相位型光电传感器 28

1.3.6典型相位型光电传感器的设计 31

1.3.7典型相位型光电传感器的性能 34

1.3.8光的相干性 38

1.3.9激光的相干性 46

1.4偏振调制光电传感器 47

1.4.1概述 47

1.4.2弹光效应的应用 48

1.4.3法拉第效应的应用 49

1.4.4电光效应的应用 51

1.4.5光学电功率传感系统 54

1.4.6椭偏仪在薄膜测量中的应用 57

1.4.7偏振调制型光电传感器的设计 61

1.5波长调制型光电传感器 62

1.5.1概述 62

1.5.2激光多普勒测速 63

1.5.3激光感生荧光测温 65

1.5.4激光拉曼散射光谱测温 67

1.5.5相干反斯托克斯拉曼光谱测温技术 70

1.6光测高温术 74

1.6.1维恩位移定律 75

1.6.2光测高温 76

1.7衍射型光电传感器 78

1.7.1概述 78

1.7.2衍射的基本理论 79

1.7.3衍射型光电传感器的设计 82

1.7.4光波空间频率检测法 87

1.7.5激光衍射传感的应用实例 91

1.7.6基于单缝衍射的测量精度与最大量程分析 99

1.8小结 101

习题与思考题 108

参考文献 108

2波前传感器 110

2.1引言 110

2.2波前传感器的基本原理 112

2.3剪切干涉波前传感技术 113

2.3.1剪切干涉波前传感器的基本原理 113

2.3.2动态交变剪切干涉波前传感器 114

2.3.3动态交变剪切干涉波前传感器的特点 116

2.4动态哈特曼-夏克波前传感器技术 116

2.4.1哈特曼-夏克波前传感器工作原理 116

2.4.2哈特曼-夏克波前传感器的子孔径光斑质心探测误差 118

2.5曲率传感器技术 118

2.6像清晰化波前传感技术 119

2.7波前校正器 119

2.7.1变形反射镜 120

2.7.2变形反射镜结构 124

2.7.3高速倾斜反射镜 127

2.8波前传感器在自适应光学系统中的应用 127

2.8.1激光核聚变装置波前校正系统 127

2.8.2高分辨率自适应光学望远镜 129

2.8.3人眼视网膜成像自适应光学系统 130

2.8.4其他应用 132

2.9小结 133

习题与思考题 135

参考文献 135

3光纤传感器 137

3.1概述 137

3.1.1光纤传感器的定义及分类 137

3.1.2光纤传感器的特点 138

3.2振幅调制传感型光纤传感器 138

3.2.1光纤微弯传感器 138

3.2.2光纤受抑全内反射传感器 140

3.2.3光纤辐射传感器 141

3.3振幅调制型光纤传感器的补偿技术 142

3.3.1双波长补偿法 142

3.3.2旁路光纤监测法 144

3.3.3光桥平衡补偿法 144

3.4相位调制传感型光纤传感器 146

3.4.1引言 146

3.4.2马赫-曾德尔光纤干涉仪和迈克尔孙光纤干涉仪 147

3.4.3Sagnac光纤干涉仪 148

3.4.4光纤法布里-珀罗干涉仪 157

3.4.5光纤环形腔干涉仪 162

3.4.6白光干涉型光纤传感器 164

3.4.7外界压力对光纤干涉仪的影响 170

3.4.8温度对光纤干涉仪的影响 174

3.4.9光纤干涉仪的传感应用 175

3.5偏振态调制型光纤传感器 175

3.5.1光纤电流传感器 175

3.5.2双折射对光纤传感的影响 177

3.5.3对光纤电流传感器探头的进一步分析 177

3.5.4光纤偏振干涉仪 181

3.6波长调制型光纤传感器 182

3.6.1引言 182

3.6.2光纤光栅的分类 182

3.6.3光纤布拉格光栅应变传感模型分析 185

3.6.4光纤布拉格光栅温度传感模型分析 191

3.6.5光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用 193

3.6.6长周期光纤光栅在传感领域的应用 195

3.6.7光纤光栅折射率传感技术 196

3.6.8LPG M-Z干涉仪折射率传感器 201

3.7光纤荧光温度传感器 204

3.7.1光纤荧光温度传感原理 204

3.7.2荧光寿命测温 204

3.7.3荧光强度比测温 206

3.7.4荧光传感材料 206

3.7.5荧光测温系统 209

3.7.6荧光测温系统在工业界的应用 210

3.8分布式光纤传感器 212

3.8.1概述 212

3.8.2散射型分布式光纤传感器 214

3.8.3偏振型分布式光纤传感器 219

3.8.4相位型分布式光纤传感器 219

3.8.5微弯型分布式光纤传感器 220

3.8.6荧光型分布式光纤传感器 221

3.8.7其他类型的分布式光纤传感器 223

3.8.8应用 224

3.9聚合物光纤传感器 224

3.9.1概述 224

3.9.2多模聚合物光纤传感器及其应用 226

3.9.3聚合物光纤光栅传感 235

3.10光子晶体光纤及其在传感中的应用 236

3.10.1概述 236

3.10.2光子晶体光纤在传感中的应用 237

3.10.3高双折射光子晶体光纤 239

3.10.4双模光子晶体光纤传感器 240

3.10.5掺杂的微结构聚合物光纤传感器 242

3.10.6其他传感应用 242

3.11传光型光纤传感器 242

3.11.1振幅调制传光型光纤传感器 243

3.11.2相位调制传光型光纤传感器 245

3.11.3偏振态调制传光型光纤传感器 247

3.12光纤传感技术的发展趋势及课题 248

3.13小结 249

习题与思考题 249

参考文献 250

4激光全息检测技术 252

4.1概述 252

4.2全息原理 255

4.2.1基元全息图 255

4.2.2基本公式 256

4.3物像关系 257

4.3.1基元全息图条纹的分布 258

4.3.2点光源照明的波前再现 260

4.4全息干涉计量 262

4.4.1概述 262

4.4.2二次曝光法 264

4.4.3单次曝光法 270

4.4.4时间平均法 271

4.5全息干涉条纹的实验数据处理 273

4.5.1全息干涉条纹的定位与解释 273

4.5.2折射率二维分布位相物体的数学反演 275

4.5.3折射率轴向对称分布位相物体的数学反演 276

4.5.4折射率三维分布位相物体的数学反演 277

4.6激光散斑检测技术 279

4.6.1概述 279

4.6.2激光散斑现象与散斑检测技术 279

4.6.3激光散斑照相测量位相物体折射率分布 282

4.6.4二维密度场与温度场的测量 283

4.7小结 283

习题与思考题 285

参考文献 286

5光层析传感器 287

5.1概述 287

5.2计算机层析成像的原理 289

5.2.1概述 289

5.2.2投影数据和拉冬变换 290

5.2.3投影的中心频谱定理 293

5.2.4回投影、取和与模糊图像的重现 294

5.2.5OFPT图像重建算法 296

5.3医用射线CT成像技术 302

5.3.1医用X-CT成像技术 302

5.3.2核辐射CT成像技术 303

5.4工业CT成像技术 307

5.4.1工业CT成像的原理 307

5.4.2工业CT成像系统的组成 307

5.4.3工业CT成像系统的主要性能 308

5.4.4工业CT成像的应用 309

5.5中子成像技术 309

5.6光学层析成像 310

5.6.1概述 310

5.6.2光在介质中的传输特性 311

5.6.3光学CT发展现状 312

5.6.4光相干成像技术（OCT） 316

5.6.5光弥散层析成像技术（DOT） 318

5.6.6光过程层析成像（OPT） 319

5.7小结 322

习题与思考题 325

参考文献 325

6光电微型传感器 330

6.1MEMS与微系统简介 330

6.1.1概述 330

6.1.2典型的MEMS产品 332

6.1.3微制造业的演变与微传感器的发展 334

6.1.4微系统设计与制造的多学科交叉本质 335

6.1.5MEMS传感器和微系统在各工业领域的应用与市场 336

6.2微光机电系统与光电微型传感器 337

6.2.1微光机电系统 337

6.2.2微光电传感器、执行器 342

6.3微（光机电）系统设计与制造理论 351

6.3.1微系统设计与制造的工程学 351

6.3.2微系统设计的工程力学基础 352

6.3.3微系统设计与热传工程理论 353

6.3.4微型化的缩放比例定律 353

6.3.5微系统光学理论 354

6.3.6MEMS与微系统常用材料 354

6.4微制造技术与微制造业 354

6.4.1MEMS基本工艺 355

6.4.2MEMS技术与微传感器性能的关系 358

6.5微型系统的封装 359

6.5.1微系统封装设计中通常应考虑的问题 359

6.5.2微系统封装的关键问题 360

6.5.3光微加工封装技术 362

6.6光电微型传感器的典型结构 366

6.6.1器件集成 366

6.6.2精确预/后对准 366

6.6.3阵列和重复结构 366

6.6.4近场光学元件 367

6.6.5光学镊子 367

6.6.6局部伺服反馈 367

6.7光电微型传感器典型器件 367

6.7.1MEMS“元器件”的定义 367

6.7.2带有微机械加工IO结构的光纤传感器 367

6.7.3可调光学传感器 369

6.7.4微机械加工的布拉格光栅传感器 370

6.7.5微机械加工的纳米级SNOM传感器 371

6.8微系统设计 371

6.8.1设计关注的主要问题 371

6.8.2微光机电系统的设计举例 376

6.8.3计算机辅助设计CAD 378

6.9小结 381

习题与思考题 381

参考文献 382

7纳米传感器 385

7.1纳米传感器原理 385

7.1.1纳米器件、纳米系统与纳米技术 385

7.1.2纳米传感器的基本原理 387

7.2NEMS的设计与建模 390

7.2.1NEMS系统的设计 390

7.2.2纳米系统的结构 391

7.2.3纳米级机电系统、装置与结构的建模 393

7.3NEMS设计举例——生物纳米马达 402

7.3.1NEMS设计概述 402

7.3.2生物纳米马达 402

7.4纳米制造技术 406

7.4.1概述 406

7.4.2物理蒸汽合成 406

7.4.3分子束取向附生和有机金属蒸汽取向附生 407

7.5纳米传感器的典型结构 407

7.5.1纳米探针 407

7.5.2碳纳米管 408

7.5.3近场光学元件 409

7.5.4纳米操纵器 411

7.6典型纳米传感器 412

7.6.1概述 412

7.6.2基于共振隧穿、介观压阻等纳效应的NEMS传感器 414

7.6.3基于一维纳米结构的NEMS传感器 414

7.6.4微机械加工的纳米级SNOM传感器 415

7.7小结 415

习题与思考题 416

参考文献 416