光纤光栅理论基础与传感技术PDF电子书下载

第1章　绪论 1

1.1　概述 1

1.2　光纤光栅的发展 3

1.3　光纤光栅的主要应用 5

参考文献 6

第2章　光纤光栅基础 10

2.1　光纤的基本结构与模式 10

2.1.1　光纤的基本结构 10

2.1.2　纤芯模和包层模 11

2.1.3　模的传播常数与有效折射率 12

2.2　光纤光栅概述 15

2.2.1　平面光栅 15

2.2.2　光纤光栅 18

2.2.3　光纤光栅谱 20

2.2.4　非均匀光纤光栅 21

2.3　光纤光栅的应用 23

2.4　光纤的光敏性和载氢 30

参考文献 34

第3章　耦合模理论与光纤布拉格光栅 41

3.1　规则光波导的本征模及模的正交性 41

3.2　耦合模理论 43

3.3　均匀光纤布拉格光栅的耦合模方程及其求解 46

3.4　光纤布拉格光栅的带宽 50

习题 51

参考文献 52

第4章　相移、切趾和啁啾光纤布拉格光栅 53

4.1　相移光纤布拉格光栅及其传输矩阵 53

4.2　模自耦合的影响 60

4.3　切趾光纤布拉格光栅 63

4.4　啁啾光纤布拉格光栅及Riccati方程 65

4.5　啁啾光纤布拉格光栅的传输矩阵法分析 68

4.6　光在光纤中传输时的色散和时延 69

4.6.1　光的色散、相速、群速和时延 69

4.6.2　光纤的色散和时延 71

4.7　光纤布拉格光栅的色散 72

4.8　啁啾光纤布拉格光栅的色散特性及其应用 75

4.9　切趾对啁啾光纤布拉格光栅色散特性的影响 78

习题 80

参考文献 81

第5章　取样光纤布拉格光栅及光纤光栅的多层模法分析 85

5.1　取样光纤布拉格光栅的谐振条件及谱间隔 86

5.2　取样光纤布拉格光栅的传输矩阵 88

5.3　取样光纤布拉格光栅反射谱中的缺级现象 92

5.4　切趾取样光纤布拉格光栅 94

5.5　光纤布拉格光栅的级联 97

5.6　法布里-珀罗光纤布拉格光栅滤波器 98

5.7　光纤布拉格光栅的多层模法分析 100

5.7.1　多层模的矩阵法 101

5.7.2　多层模的迭代法 104

习题 105

参考文献 106

第6章　光纤布拉格光栅传感器及其应用 109

6.1　概述 109

6.2　光纤布拉格光栅的轴向应变传感特性 111

6.2.1　弹光效应 112

6.2.2　光纤布拉格光栅的轴向应变灵敏度 114

6.2.3　光纤布拉格光栅轴向应变灵敏度的数值计算 116

6.3　光纤布拉格光栅的温度传感特性 118

6.4　光纤布拉格光栅的温度与应变交叉敏感问题 119

6.5　光纤布拉格光栅传感器的波长解调 121

6.6　光纤光栅传感的复用技术和传感网络 127

6.6.1　复用技术 127

6.6.2　传感网络 129

6.7　光纤布拉格光栅传感器应用 130

6.7.1　光纤布拉格光栅传感器的主要应用 130

6.7.2　光纤布拉格光栅传感器的安装、稳定性和耐久性问题 131

参考文献 131

第7章　长周期光纤光栅的基本特性 137

7.1　概述 137

7.2　长周期光纤光栅的耦合模理论分析 139

7.3　长周期光纤光栅的耦合模方程求解 141

7.4　谐振波长与耦合深度 143

7.5　长周期光纤光栅的带宽 146

7.6　长周期光纤光栅的传输矩阵 149

7.7　相移长周期光纤光栅 150

7.8　长周期光纤光栅的级联 151

7.9　长周期光纤光栅的谱结构分析 156

参考文献 160

第8章　长周期光纤光栅的耦合常数 163

8.1　长周期光纤光栅的模耦合常数 163

8.1.1　模耦合常数 164

8.1.2　2-2层介质模型长周期光纤光栅的纤芯模和包层模 165

8.2　2-2层介质模型长周期光纤光栅的模耦合常数 167

8.3　2-3层介质模型长周期光纤光栅的模耦合常数 169

8.3.1　三层介质模型光纤的包层模 169

8.3.2 三层介质光纤包层模本征方程的求解及包层HE/EH模 172

8.3.3　2-3层介质模型长周期光纤光栅的模耦合 173

8.3.4　纤芯模的弱导近似 174

习题 175

参考文献 176

第9章　长周期光纤光栅传感特性 177

9.1 长周期光纤光栅的轴向应变特性的简化分析 177

9.2　轴向应变光纤的特点 181

9.3　单轴晶体光纤的纤芯模和包层模本征方程 181

9.3.1　两层介质模型单轴晶体光纤的纤芯模本征方程 181

9.3.2　三层介质模型单轴晶体光纤的包层模本征方程 182

9.4　轴向应变长周期光纤光栅的应变灵敏度分析 183

9.5　长周期光纤光栅的温度传感特性 186

9.5.1　温度对光纤纤芯模和包层模有效折射率的影响 186

9.5.2　长周期光纤光栅的温度灵敏度 188

9.6　长周期光纤光栅的折射率传感特性 191

9.6.1　长周期光纤光栅折射率传感特性概述 191

9.6.2　长周期光纤光栅的折射率灵敏度 193

9.6.3　薄包层长周期光纤光栅的折射率灵敏度 194

9.7　长周期光纤光栅的扭转 196

9.7.1　ULPFG的扭转实验 197

9.7.2　ULPFG的扭转特性分析 198

9.7.3　CLPFG的扭转特性 199

9.8　长周期光纤光栅的弯曲 201

参考文献 203

第10章　金属包层长周期光纤光栅 207

10.1　金属的光学特性 207

10.2　金属包层长周期光纤光栅的特点及包层模本征方程 208

10.3　复本征方程的求解 210

10.4　金属包层对长周期光纤光栅谐振波长的影响 212

10.5　金属包层长周期光纤光栅谐振峰的电调谐 214

参考文献 215

第11章　光纤光栅的制作 216

11.1　光纤光栅制作方法简介 216

11.2　啁啾光纤布拉格光栅的制作 224

11.3　取样光纤布拉格光栅的制作 227

11.4　切趾光纤布拉格光栅的制作 228

11.5　长周期光纤光栅制作中的若干问题 229

参考文献 234

附录A　两个包层模本征方程的等价性证明 239

附录B　长周期光纤光栅纤芯模到包层模耦合常数 241

附录C　单轴晶体光纤本征方程 243

C.1　三层介质模型单轴晶体光纤中的电磁场方程 243

C.2 三层介质模型单轴晶体光纤的包层HE/EH模本征方程 243

C.3 三层介质模型单轴晶体光纤的纤芯HE/EH模本征方程 249

附录D　单轴晶体光纤场方程 251

D.1 单轴晶体光纤的HE/EH包层模场方程 251

D.2　对易关系及单轴晶体光纤的HE/EH纤芯模场方程 258

附录E　贝塞尔函数公式 262