第1章 绪论 1
1.1 光纤制备与应用的发展 1
1.1.1 光纤的结构 1
1.1.2 光纤发展史 1
1.2 光纤通信技术的发展 3
1.2.1 通信系统的组成 3
1.2.2 通信系统的分类 4
1.2.3 光通信概述 5
1.2.4 光纤通信的发展过程简介 7
1.3 光纤传感技术的发展 10
1.3.1 概述 10
1.3.2 传感器的组成 11
1.3.3 光纤传感器的分类 11
1.3.4 光纤传感器的发展史 12
1.3.5 光纤传感器的研究现状 12
第2章 光纤与光缆 14
2.1 光纤的结构与模式 14
2.1.1 光纤的结构 14
2.1.2 阶跃折射率光纤分析的基本概念 15
2.1.3 阶跃折射率光纤的模式分析 17
2.2 光纤的材料、制作和光缆 22
2.2.1 预制棒的制造方法 22
2.2.2 预制棒拉丝 24
2.3 光纤的传输特性 25
2.3.1 衰减 25
2.3.2 色散 26
2.3.3 偏振特性 27
2.3.4 非线性效应 27
2.4 光纤的种类 31
2.4.1 多模光纤 31
2.4.2 单模光纤 32
习题 34
第3章 常见光无源器件 35
3.1 光纤连接器 35
3.1.1 光纤活动连接器 35
3.1.2 光纤固定连接器 38
3.2 光耦合器 40
3.2.1 描述光耦合器特性的一些技术参数 41
3.2.2 光耦合器的制作方法 42
3.2.3 耦合机理 43
3.2.4 波导型光耦合器 45
3.2.5 光波分复用器（WDM）和解复用器 46
3.5 光隔离器 48
3.5.1 光隔离器中使用的光学元件 48
3.5.2 光隔离器的作用和工作原理 49
习题 50
第4章 光源及光发射机 51
4.1 发光二极管 51
4.1.1 工作原理 51
4.1.2 LED的结构和分类 52
4.1.3 LED的基本特性 52
4.2 半导体激光器 53
4.2.1 半导体激光器的基本工作原理（F-P型） 53
4.2.2 半导体激光器的基本性质 55
4.2.3 其他半导体激光器 58
4.3 光载波的调制方式 60
4.4 模拟信号光纤传输 61
4.4.1 模拟信号调制 62
4.4.2 模拟信号调制电路 63
4.5 数字信号光纤传输 67
4.5.1 LED数字驱动电路 67
4.5.2 LD数字驱动电路 69
4.6 光发射机电路 71
4.6.1 光发射机组成 71
4.6.2 模拟脉冲调制光发射机 72
4.7 光源与光纤的耦合 77
4.8 光载波的间接调制 81
4.8.1 电光体调制 82
4.8.2 电光波导调制器 85
习题 87
第5章 光检测器与光接收机 88
5.1 光检测器 88
5.1.1 PIN光电二极管的工作原理 88
5.1.2 雪崩光电二极管（APD） 90
5.2 光接收机概述 92
5.3 光接收机的噪声 94
5.3.1 量子噪声和倍增噪声 95
5.3.2 前置放大器的噪声 96
5.4 量子极限灵敏度 97
5.5 光接收机设计 98
5.5.1 高阻抗前置放大电路 100
5.5.2 互阻抗前置放大电路 103
5.5.3 高阻抗前置放大电路的均衡 103
5.6 光接收机实例 105
5.6.1 PWM接收解调电路 105
5.6.2 一个实用的光接收机电路 105
习题 106
本章参考文献 107
第6章 光纤传输系统 109
6.1 光纤传输系统设计 109
6.1.1 功率预算 110
6.1.2 带宽预算 111
6.2 光纤通信复用系统 113
6.2.1 波分复用技术原理 113
6.2.2 波分复用技术的特点及研究热点 114
6.2.3 密集波分复用技术 115
6.2.4 稀疏波分复用技术 117
6.3 相干光通信 121
6.3.1 相干光通信的基本工作原理 121
6.3.2 相干光通信的优点 123
6.3.3 相干光通信的关键技术 124
6.4 光孤子通信 125
6.4.1 光孤子通信原理 126
6.4.2 光孤子通信系统的构成 126
6.4.3 国内外光孤子通信走向实用的动态 128
习题 129
第7章 光网络 131
7.1 SONET/SDH 131
7.1.1 SONET的物理配置 131
7.1.2 传输格式和速率 132
7.1.3 光接口 133
7.1.4 SONET/SDH环网络 134
7.1.5 SONET/SDH网络 136
7.2 光交换系统 138
7.2.1 成熟的光交换技术 139
7.2.2 光分组交换 141
7.2.3 光突发交换技术 142
7.2.4 光交换技术的发展趋势 148
7.3 智能光网络 149
本章参考文献 155
第8章 光纤传感技术基础 156
8.1 光纤传感技术的理论基础 156
8.1.1 光光效应 156
8.1.2 光电效应 158
8.1.3 电光效应 159
8.1.4 磁光效应 161
8.2 传感器的性能指标及标定 162
8.2.1 传感器的性能指标 162
8.2.2 传感器的标定 163
习题 166
本章参考文献 167
第9章 光纤传感调制技术 168
9.1 光强调制型光纤传感器 168
9.1.1 微弯型 168
9.1.2 蚀刻型 168
9.1.3 遮光型 169
9.1.4 缠绕型 169
9.2 相位调制型光纤传感器 169
9.2.1 麦克尔逊干涉型光纤传感器 169
9.2.2 马赫-曾德尔干涉型光纤传感器 170
9.2.3 塞格纳克干涉型光纤传感器 171
9.2.4 法布里-珀罗干涉型光纤传感器 171
9.2.5 布拉格光栅型光纤传感器 174
9.2.6 模间干涉型光纤传感器 175
9.3 偏振调制型光纤传感器 175
习题 176
本章参考文献 176
第10章 光纤温度传感器 178
10.1 引言 178
10.2 传光型光纤温度传感器 179
10.2.1 半导体光吸收型光纤温度传感器 179
10.2.2 热色效应光纤温度传感器 179
10.2.3 荧光型光纤温度传感器 181
10.3 功能型光纤温度传感器 183
10.3.1 光纤温度开关传感器 183
10.3.2 掺杂光纤温度传感器 183
10.3.3 热辐射光纤高温传感器 183
10.3.4 相位干涉型光纤温度传感器 185
10.4 分布式光纤温度传感器 186
10.4.1 光纤光时域反射原理 187
10.4.2 光纤拉曼背向散射及其温度效应 187
10.4.3 分布式光纤拉曼背向散射光子温度传感器 189
10.4.4 分布式光纤布里渊散射型温度传感器 189
习题 191
第11章 高压光纤电流和电压互感器 192
11.1 引言 192
11.2 光纤电流互感器 192
11.2.1 传统电磁式电流互感器的结构和基本工作原理 192
11.2.2 光电式电流互感器 193
11.3 高压光纤电压互感器 199
11.3.1 基于晶体电光效应的电压互感器 199
11.3.2 基于多电场传感器正交数值积分方法的光学电压互感器 204
本章参考文献 205
第12章 光纤机械量传感器 208
12.1 光纤位移传感器 208
12.1.1 光强调制型光纤位移传感器 208
12.1.2 相位干涉型光纤位移传感器 212
12.2 光纤压力传感器 213
12.2.1 全内反射光纤压力传感器 213
12.2.2 相位调制光纤压力传感器 214
12.2.3 动态压力传感器 216
12.2.4 偏振调制光纤压力传感器 218
12.3 光纤振动传感器 219
12.3.1 相位调制振动传感器 219
12.3.2 光弹效应振动传感器 223
12.3.3 双波长光纤振动传感器 224
12.4 光纤速度和流量传感器 225
12.4.1 光纤速度传感器 225
12.4.2 光纤流量传感器 226
12.5 光纤加速度传感器 228
12.5.1 相位调制光纤加速度传感器 229
12.5.2 倾斜镜式光纤加速度传感器 231
12.6 光纤角速度传感器——光纤陀螺 233
12.7 光纤表面粗糙度传感器 236
12.8 光纤应变和弯曲传感器 238
12.8.1 脉冲传输时间法光纤传感器 238
12.8.2 测量结构畸变的光纤传感器 239
12.8.3 F-P结构传感器 240
12.9 光纤液位传感器 243
习题 244
本章参考文献 245
第13章 光纤光栅传感器 246
13.1 引言 246
13.2 光纤Bragg光栅及其传感模型 247
13.2.1 应变传感模型 248
13.2.2 温度传感模型 254
13.2.3 动态磁场的传感模型 255
13.3 长周期光纤光栅 256
13.3.1 应变灵敏度 257
13.3.2 温度灵敏度 257
13.4 光纤光栅传感器 258
13.4.1 光纤光栅应变与位移传感器以及振动与加速度传感器 258
13.4.2 光纤光栅温度传感器 262
13.4.3 光纤光栅压力传感器 263
13.4.4 光纤光栅水声传感器 265
习题 266
本章参考文献 266
第14章 光纤传感器的其他应用 268
14.1 光纤传感器在医学上的应用 268
14.1.1 光纤血流计 268
14.1.2 光纤pH值传感器 270
14.1.3 光纤体压计 272
14.1.4 光纤体温计 273
14.1.5 光纤氧饱和度传感器 275
14.1.6 光纤血气监测传感器 276
14.2 光纤传感器在军事方面的应用 277
14.2.1 光纤传感器的航空航天军事应用 278
14.2.2 光纤传感器的海上军事应用 282
14.2.3 光纤传感技术在兵工测试中的应用 283
14.3 光纤传感器在环境保护方面的应用 285
14.3.1 光纤NO2传感器 285
14.3.2 光纤NH3传感器 286
14.3.3 光纤CO2传感器 287
14.3.4 光纤CH4传感器 287
习题 288
本章参考文献 288