光纤传感器及其应用技术 第2版PDF电子书下载

第1章 光纤技术基础 1

1.1光纤的基本特性 1

1.1.1均匀折射率光纤中光线的传播与数值孔径 2

1.1.2光纤的弯曲 4

1.1.3光纤端面的倾斜效应 5

1.1.4圆锥形光纤 6

1.1.5光纤的损耗 7

1.1.6光纤的色散 9

1.2光纤的耦合技术 10

1.2.1光纤和光源的耦合 10

1.2.2光纤和光纤的直接耦合 12

1.2.3多模光纤通过透镜耦合 12

1.3常用光纤器件 13

1.3.1光纤定向耦合器、环形器与WDM 14

1.3.2光纤偏振器件——PM控制器、起偏器与消偏器、扰偏器和光隔离器 23

1.3.3全光开关 31

1.3.4光纤光栅与光纤滤波器 34

1.3.5光调制器 42

1.3.6掺杂光纤激光器 46

1.3.7大功率光纤激光器与包层泵浦技术 52

1.3.8光纤放大器 56

1.4光纤技术的应用 60

1.4.1信息的获取 60

1.4.2信息与图像的传输——光纤通信 61

1.5小结 62

习题与思考 62

第2章 强度调制型光纤传感器 64

2.1强度调制传感原理 64

2.1.1反射式强度调制 64

2.1.2透射式强度调制 67

2.1.3光纤模式功率分布强度调制 69

2.1.4折射率强度调制 71

2.1.5光吸收系数调制 72

2.2强度调制型光纤传感器的补偿技术 73

2.2.1光源负反馈稳定法 73

2.2.2双波长补偿法 74

2.2.3旁路光纤监测法 75

2.2.4光桥平衡补偿法 76

2.2.5神经网络补偿法 78

2.3强度调制型光纤传感器的类型及应用实例 79

2.3.1光纤微弯传感器 79

2.3.2光纤温度传感器 83

2.4强度调制型光纤传感器的研究与发展方向 87

习题与思考 87

第3章 相位调制型光纤传感器 89

3.1相位调制型光纤传感器原理 89

3.1.1应力应变效应 89

3.1.2温度应变效应 92

3.2光纤干涉仪的类型 93

3.2.1 Mach-Zehnder和Michelson光纤干涉仪 93

3.2.2 Sagnac光纤干涉仪 95

3.2.3光纤Fabry-Perot干涉仪 99

3.2.4光纤环形腔干涉仪 99

3.2.5相位压缩原理与微分干涉仪 102

3.2.6白光干涉型光纤传感器 104

3.3相位调制型光传感器的信号解调技术 108

3.3.1干涉仪的信号解调 109

3.3.2光纤锁相环方法 112

3.3.3相位生成载波（PGC）解调方案 114

3.4光纤干涉仪的传感应用实例 116

3.4.1干涉式位移传感器 116

3.4.2加速度传感器 117

3.4.3振动传感器 119

3.4.4温度传感器 121

3.4.5磁场传感器 123

3.4.6电流传感器 124

3.5相位调制型光纤传感器的发展 130

习题与思考 130

第4章 波长调制型光纤传感器 132

4.1波长调制传感原理 132

4.2光纤Bragg光栅传感器 133

4.2.1光纤Bragg光栅传感模型 133

4.2.2光纤光栅增敏与去敏设计 139

4.2.3光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用 143

4.3光纤SPR传感器 144

4.3.1 SPR原理与理论模型 145

4.3.2光纤SPR传感器及其应用 147

4.4光声光谱微量气体检测技术 152

4.4.1光声光谱原理 152

4.4.2光声气室的设计与优化 154

4.4.3微量气体的光声光谱法高精度检测实例 158

4.5光纤荧光温度传感器 159

4.5.1荧光型光纤温度传感器的类型 160

4.5.2光纤荧光温度传感系统的结构 161

4.6传光型波长调制光纤传感器 164

4.6.1波长调制机理 164

4.6.2光纤pH值传感器 165

4.6.3光纤磷光传感器 167

4.6.4光纤黑体温度计 168

4.7光纤传感器用于智能材料及其结构 170

4.7.1可用于智能结构的光纤传感器 170

4.7.2光纤传感器用于智能结构的一些问题 171

习题与思考 171

第5章 偏振态调制型光纤传感器 173

5.1偏振态调制传感原理 173

5.1.1 Pockels效应 173

5.1.2 Kerr效应 174

5.1.3 Faraday效应 176

5.1.4弹光效应 177

5.2偏振调制光纤传感器类型及应用实例 178

5.2.1光纤电流传感器 178

5.2.2 BSO晶体光纤电场传感器 180

5.2.3光纤法拉第磁强计 181

5.2.4压力与水声传感器 182

5.2.5医用体压计 182

5.2.6动脉光纤血流计 185

5.2.7光纤偏振干涉仪 186

习题与思考 186

第6章 分布式光纤传感器 188

6.1引言 188

6.2时域分布式光纤传感器的工作机理 190

6.2.1光纤中的背向散射光分析 190

6.2.2 OTDR技术 191

6.2.3瑞利散射型分布式光纤传感技术 191

6.2.4基于拉曼散射的分布式光纤传感技术 192

6.2.5布里渊散射型分布式光纤传感技术 193

6.2.6拉曼型、布里渊型和偏振模式耦合型分布式温度传感方法比较 196

6.2.7 FBG和BOTDR性能比较 196

6.3其他（准）分布式光纤传感器 197

6.3.1光纤F-P传感器 198

6.3.2基于干涉技术的分布式光纤传感器 202

6.4分布式光纤传感器的应用 204

6.5小结 205

习题与思考 206

第7章 光传感器网络技术 207

7.1概述 207

7.2光纤网络的连接技术 207

7.2.1网络损耗的主要来源 207

7.2.2通过透镜耦合降低损耗 219

7.3光网络技术 222

7.3.1可用于构成光传感网的传感器 222

7.3.2成网技术 228

7.4光纤光栅传感网络 232

7.4.1光纤光栅在传感应用中需考虑的一般问题 232

7.4.2光纤光栅传感网络 232

7.5基于干涉型光纤传感器的光纤传感网 238

7.5.1大规模干涉型光纤传感网络的基本结构 238

7.5.2超大容量干涉型光纤传感网络的信号处理方法 239

7.5.3超大容量干涉型光纤传感网络的偏振诱导信号衰落及其控制方法 240

7.5.4长距离复合复用网络结构中的光放大机理及极限性能 242

习题与思考 243

第8章 光传感器的封装技术 244

8.1概述 244

8.1.1光传感器封装的主要目的 244

8.1.2光传感器封装的基本要求 244

8.2光传感器的封装类型 245

8.2.1机械固定式 245

8.2.2胶粘固定式 246

8.2.3焊接固定式 246

8.2.4金属焊固定式 246

8.3 MEMS/MOEMS光纤传感器与微系统封装 247

8.3.1典型的MEMS器件 248

8.3.2典型MOEMS系统与传感器 249

8.3.3 MOEMS光纤传感器 260

8.3.4可调光纤传感器与MOEMS Bragg光栅传感器 261

8.3.5微制造工艺与系统封装 263

8.4光器件封装实例 269

8.4.1同轴封装 269

8.4.2蝶式封装 270

8.4.3带尾纤全金属化封装 272

8.4.4 Mini-DiL封装 273

8.4.5无源对准技术 274

8.5石英平面光路器件的封装技术 275

8.5.1 PLC封装技术 275

8.5.2各种PLC组件封装技术 276

8.6光表面安装技术 279

8.6.1光表面安装技术的基本结构与特点 279

8.6.2光SMT的研究进展 279

习题与思考 281

第9章 新材料光纤传感器及应用技术 282

9.1光子晶体光纤及其在传感中的应用 282

9.1.1光子晶体光纤 282

9.1.2光子晶体光纤传感器 287

9.1.3 PCF小结 290

9.2聚合物光纤及其传感应用 290

9.2.1聚合物光纤材料及类型 291

9.2.2多模聚合物光纤传感器及其应用 297

9.2.3单模聚合物光纤传感器及其应用 302

9.3小结 307

习题与思考 308

第10章 纳米光纤与传感器 309

10.1纳米光纤 309

10.1.1纳米光纤的典型特征——极高的倏逝场能量 310

10.1.2纳米光纤的制造与操作 311

10.2纳米光纤中的光传输 312

10.2.1传输方程与精确解 312

10.2.2传输损耗 313

10.2.3纳米光纤的色散与超连续谱 313

10.3纳米光纤的典型应用 315

10.3.1纳米光纤传感器 316

10.3.2非线性光学器件 317

10.3.3纳米光纤耦合器 318

10.3.4原子捕获与导向 319

10.4其他纳米传感器 322

10.4.1纳米器件、系统与纳米制造技术 322

10.4.2纳米传感器的基本原理 325

10.4.3典型纳米传感单元 326

10.4.4典型纳米器件 329

10.4.5典型纳米传感器 331

10.5小结 333

10.5.1电磁学及其在NEMS中的应用 333

10.5.2纳米技术的发展前景 335

习题与思考 335

附录1书中所使用符号表 336

附录2书中所使用缩写词汇表 338

参考文献 341