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第1章 光纤传输的基本理论 1

1.1引言 1

1.2均匀折射率光纤的光线理论 2

1.2.1子午光线的传播 2

1.2.2斜光线的传播 3

1.2.3光纤的弯曲 4

1.2.4光纤端面的倾斜效应 5

1.2.5圆锥形光纤 5

1.3变折射率光纤的光线理论 6

1.3.1程函方程 7

1.3.2光线方程 8

1.3.3变折射率光纤中的光线分析 9

1.4光波导的一般理论——正规光波导 11

1.4.1麦克斯韦方程组 11

1.4.2波动方程 12

1.4.3模式 14

1.4.4模式场的纵、横向分量 15

1.5均匀折射率光纤的波动理论 17

1.5.1矢量模 18

1.5.2线偏振模与标量法 20

1.5.3二层均匀光纤 21

1.5.4电磁场分布图 30

1.6变折射率光纤的波动理论 32

1.6.1引言 32

1.6.2平方律光纤的解析解 33

1.6.3级数近似解 35

1.6.4变折射率单模光纤的分析 36

1.7均匀折射率单模光纤的分析 38

1.7.1引言 38

1.7.2基本性质 38

1.7.3功率分布 41

1.8非正规光波导的模耦合方程 43

1.8.1非正规光波导 43

1.8.2非正规光波导的模耦合方程（矢量模耦合方程） 44

思考题与习题 46

参考文献 47

第2章 光纤的特性 49

2.1引言 49

2.2光纤的损耗 49

2.2.1吸收损耗 49

2.2.2散射损耗 51

2.3光纤的色散 52

2.3.1概述 52

2.3.2模式色散 53

2.3.3波长色散 53

2.4光纤的设计 54

2.4.1引言 54

2.4.2多模光纤折射率分布的设计 54

2.4.3单模光纤的设计 55

2.4.4典型单模光纤的折射率分布 58

2.4.5典型单模光纤性能 58

2.5弹光效应 61

2.6光纤中的双折射 65

2.6.1纤芯的椭圆度引起的双折射 65

2.6.2应力引起的双折射 65

2.6.3弯曲引起的双折射 65

2.6.4扭曲引起的双折射 67

2.6.5外场引起的双折射 67

2.6.6减小双折射影响的特殊措施 68

2.7偏振光在光纤中的传输 68

2.7.1偏振光的矩阵表示法——Jones矢量法 68

2.7.2 Jones矩阵法在光纤中的应用 70

2.7.3单模光纤在外力作用下引起双折射效应的Jones矩阵 74

2.7.4 Poincare球图示法 76

2.8光纤中的非线性效应 81

2.8.1基本原理 81

2.8.2自相位调制 84

2.8.3光纤中的光孤子 86

2.8.4交叉相位调制 88

2.8.5受激拉曼散射 88

2.8.6受激布里渊散射 90

2.8.7四波混频 91

思考题与习题 92

参考文献 93

第3章 光纤系统的损耗与光纤处理工艺 95

3.1光纤弯曲损耗 95

3.1.1光纤的宏弯损耗 95

3.1.2微弯引起的光纤损耗 96

3.2光纤和光源的连接 97

3.2.1半导体激光器和光纤的连接 98

3.2.2半导体发光二极管和光纤的耦合 102

3.3光纤和光纤的连接 102

3.3.1光纤与光纤的固定连接 102

3.3.2多模光纤和多模光纤的直接耦合 104

3.3.3单模光纤和单模光纤直接耦合 107

3.4侧边抛磨光纤 108

3.5光纤的腐蚀 109

3.5.1化学腐蚀法制作纳米光纤探针 109

3.5.2影响腐蚀效果的因素 109

3.6光纤的改性 110

3.6.1掺杂效应 111

3.6.2光敏效应 111

3.6.3非线性效应——拉曼效应和布里渊效应 111

3.6.4力学效应 111

3.6.5热学效应 111

3.6.6电磁效应 112

思考题与习题 112

参考文献 112

第4章 特种光纤 114

4.1引言 114

4.2变折射率光纤 115

4.2.1变折射率光纤棒的成像理论 115

4.2.2变折射率光纤棒的制造 120

4.2.3变折射率光纤棒的应用 121

4.2.4变折射率光纤棒的像差 124

4.3偏振保持光纤简介 126

4.3.1引言 126

4.3.2偏振保持光纤的结构类型 127

4.4红外光纤与紫外光纤 127

4.4.1概述 127

4.4.2氟化物与硫化物光纤 128

4.4.3空芯波导 130

4.4.4多晶红外光纤 132

4.4.5红外光纤的应用 132

4.4.6紫外光纤 134

4.5荧光光纤 135

4.5.1概述 135

4.5.2荧光光纤成分 135

4.5.3荧光光纤的光学性能 136

4.5.4荧光光纤的应用 136

4.5.5闪烁塑料光纤 137

4.6聚合物光纤 137

4.6.1概述 137

4.6.2聚光物光纤种类和材料 138

4.6.3聚合物光纤的特性 139

4.6.4聚合物光纤器件及应用 141

4.7光子晶体光纤 141

4.7.1概述 141

4.7.2光子晶体光纤的类型、材料与制作 142

4.7.3光子晶体光纤的特性 143

4.7.4光子晶体光纤的应用 145

4.8侧边抛磨光纤与金属化光纤 146

4.8.1侧边抛磨光纤的制备 146

4.8.2金属化光纤 146

4.9单晶光纤 147

4.9.1概述 147

4.9.2材料 147

4.9.3单晶光纤的特性与应用 147

4.10增敏和去敏光纤 149

4.10.1对辐射的增敏和去敏光纤 149

4.10.2磁敏光纤 150

4.11双包层光纤 150

4.12多芯光纤 152

4.13微纳光纤 153

思考题与习题 154

参考文献 155

第5章 光纤特征参数的测量 156

5.1引言 156

5.1.1光纤测量的内容与特点 156

5.1.2光纤测量的方法 156

5.1.3光纤测量仪器 157

5.2损耗测量 158

5.2.1光纤损耗的测量 158

5.2.2光纤器件的插损测量 160

5.2.3谱损的测量 161

5.2.4反射损耗的测量 162

5.3模场直径测量 162

5.3.1模场直径定义 162

5.3.2测量方法 163

5.4截止波长及其测量 164

5.4.1截止波长的定义 165

5.4.2传导功率法 166

5.4.3模场直径法 167

5.4.4替代法 167

5.5色散测量 168

5.5.1测量原理 168

5.5.2相移法 169

5.5.3干涉法 169

5.5.4基带测量 171

5.5.5偏振模色散及其测量 173

5.6折射率分布、几何尺寸与最大理论数值孔径的测量 176

5.6.1折射近场法 176

5.6.2近场扫描法 177

5.6.3几何尺寸的测量 179

5.6.4最大理论数值孔径的测量 179

5.7高双折射光纤拍长的测量 180

思考题与习题 181

参考文献 182

第6章 光纤无源及有源器件 183

6.1引言 183

6.2光纤耦合器、环行器与光波分复用器 184

6.2.1熔锥型单模光纤光分/合路连接器 184

6.2.2磨抛型单模光纤定向耦合器 187

6.2.3光环行器 188

6.2.4光波分复用器（WDM） 190

6.3光开关、光纤滤波器与光纤调制器 190

6.3.1概述 190

6.3.2光开关原理 191

6.3.3光纤调制器 192

6.3.4光纤滤波器 194

6.4光纤旋转连接器 197

6.4.1光纤旋转连接器的工作原理 197

6.4.2光纤旋转连接器的基本结构 197

6.5光衰减器 199

6.5.1光衰减器原理、分类与基本结构 199

6.5.2全光纤热光型可变光衰减器 199

6.6光缓存器 201

6.7光纤偏振器件 203

6.7.1光纤偏振控制器 203

6.7.2保偏光纤偏振器 203

6.7.3光纤隔离器 204

6.8光纤光栅 205

6.8.1引言 205

6.8.2光纤光栅的分类 206

6.8.3光纤Bragg光栅的理论模型 208

6.8.4均匀周期正弦型光纤光栅 209

6.8.5非均匀周期光纤光栅 211

6.8.6光纤光栅的写入方法简介 213

6.9掺杂光纤激光器与放大器 214

6.9.1掺杂光纤激光器 214

6.9.2光纤放大器 218

6.9.3大功率双包层光纤激光器 219

6.10光纤拉曼与光纤布里渊激光器 222

6.10.1光纤拉曼激光器与放大器 222

6.10.2光纤布里渊激光器与放大器 222

思考题与习题 224

参考文献 225

第7章 光纤传输数据和图像 227

7.1概述 227

7.2光纤通信 227

7.3光纤传输距离的估算 228

7.3.1光纤的损耗 228

7.3.2光纤的色散 230

7.3.3色散对光纤传输的影响 231

7.4光纤传光束 232

7.5光纤传像束 232

7.5.1概述 232

7.5.2光纤传像束的结构 233

7.5.3光纤传像束的性能 234

7.5.4应用 235

思考题与习题 235

参考文献 236

第8章 光纤传感器 237

8.1概述 237

8.1.1光纤传感器的定义及分类 237

8.1.2光纤传感器的特点 238

8.2振幅调制传感型光纤传感器 238

8.2.1光纤微弯传感器 239

8.2.2光纤受抑全内反射传感器 240

8.2.3光纤辐射传感器 241

8.3振幅调制型光纤传感器的补偿技术 242

8.3.1双波长补偿法 242

8.3.2旁路光纤监测法 243

8.3.3光桥平衡补偿法 243

8.4相位调制传感型光纤传感器 243

8.4.1引言 243

8.4.2 Mach-Zehnder光纤干涉仪和Michelson光纤干涉仪 244

8.4.3 Sagnac光纤干涉仪 245

8.4.4光纤Fabry-Perot干涉仪 247

8.4.5光纤环形腔干涉仪 251

8.4.6白光干涉型光纤传感器 252

8.4.7外界压力对光纤干涉仪的影响 255

8.4.8温度对光纤干涉仪的影响 258

8.4.9光纤干涉仪的传感应用 259

8.5偏振态调制型光纤传感器 259

8.5.1光纤电流传感器 259

8.5.2双折射对光纤传感的影响 262

8.5.3光纤偏振干涉仪 263

8.6波长调制型光纤传感器 264

8.6.1引言 264

8.6.2光纤布喇格光栅应变传感模型 264

8.6.3光纤布喇格光栅温度传感模型分析 269

8.6.4光纤布喇格光栅在光纤传感领域中的典型应用 270

8.6.5长周期光纤光栅在传感领域的应用 272

8.6.6光纤光栅折射率传感技术 273

8.6.7 LPG马赫-泽德干涉仪折射率传感器 275

8.7光纤荧光温度传感器 275

8.7.1光纤荧光温度传感原理 275

8.7.2荧光寿命测温 276

8.7.3荧光强度比测温 276

8.7.4荧光传感材料 277

8.7.5荧光测温系统在工业领域的应用 278

8.8分布式光纤传感器 278

8.8.1概述 278

8.8.2散射型分布式光纤传感器 280

8.8.3偏振型和相位型分布式光纤传感器 280

8.9聚合物光纤传感器 281

8.10光子晶体光纤及其在传感中的应用 281

8.10.1光子晶体光纤用于气体检测 282

8.10.2基于孔内光和物质相互作用的其他传感器 283

8.10.3特种光子晶体光纤与传感 283

8.10.4掺杂的微结构聚合物光纤传感器 285

8.11传光型光纤传感器 286

8.11.1振幅调制传光型光纤传感器 286

8.11.2相位调制传光型光纤传感器 288

8.11.3偏振态调制传光型光纤传感器 289

8.12光纤传感网络 290

8.12.1可用于构成光传感网的传感器 291

8.12.2成网技术 291

8.13光纤传感技术的发展趋势及课题 295

思考题与习题 295

参考文献 297