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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