第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 光纤光栅的重要性 1
1.3 本书的主要内容 5
参考文献 6
第2章 光纤的光敏性 13
2.1 引言 13
2.2 光纤材料的光敏性 14
2.3 光纤光栅的光敏类型 15
2.3.1 Ⅰ型光栅 16
2.3.2 ⅡA型光栅 16
2.3.3 Ⅱ型光栅 17
2.4 光纤光敏性的各向异性 18
2.5 锗硅光纤的光敏性机理 18
2.5.1 掺锗石英光纤材料光敏性的缺陷和紫外吸收谱 19
2.5.2 掺锗石英光纤材料光敏性的微观机理 21
2.6 光纤材料的紫外增敏技术 22
2.6.1 载氢增敏技术 23
2.6.2 光纤材料的换原性处理 24
2.6.3 多种掺杂 24
2.7 锗硅光纤的光敏性模型 25
2.7.1 色心模型 25
2.7.2 密致模型 26
2.8 非锗硅光纤的光敏性 28
2.9 光纤光栅的生命周期和稳定性 29
2.9.1 光纤光栅的热退化 29
2.9.2 光纤光栅的机械强度 31
参考文献 32
第3章 光纤光栅的写入法 42
3.1 引言 42
3.2 内部写入法 42
3.3.1 分振幅干涉仪 44
3.3 干涉写入技术 44
3.3.2 分波阵面干涉仪 49
3.4 逐点写入法 51
3.5 振幅掩模写入法 52
3.6 相位掩模写入法 53
3.6.1 相位掩模的近场衍射特性 53
3.6.2 相位掩模的接触式写入法 57
3.6.3 改变相位掩模的周期 59
3.6.4 相位掩模干涉仪的非接触式写入法 61
3.7 光纤光栅的制作 64
3.7.1 光纤Bragg光栅 64
3.7.2 闪耀光纤光栅 65
3.7.3 啁啾光纤光栅 66
3.7.4 长周期光纤光栅 68
3.7.5 超结构光纤光栅 69
3.7.6 多重写入光纤光栅 70
3.7.8 Moiré光纤光栅 71
3.7.7 相移光纤光栅 71
3.7.9 变迹光纤光栅 72
参考文献 72
第4章 光纤光栅的模式理论 79
4.1 引言 79
4.2 光纤光栅的理论模型 80
4.3 耦合模理论 83
4.3.1 纵向耦合的特点 84
4.3.2 光纤Bragg光栅 85
4.3.3 啁啾光纤光栅 90
4.3.4 闪耀光纤光栅 92
4.3.5 包层模耦合 93
4.3.6 辐射模耦合 94
4.3.7 长周期光纤光栅 95
4.3.8 光栅的非线性效应 97
4.4 转移矩阵法 99
4.5 Fourier变换法 101
参考文献 102
第5章 光纤光栅传感器 105
5.1 引言 105
5.2 光纤Bragg光栅传感器 106
5.2.1 应变传感模型 108
5.2.2 温度传感模型 114
5.2.3 动态磁场的传感模型 116
5.3 光纤Bragg光栅传感信号的检测 116
5.3.1 光谱仪和多波长计 117
5.3.2 边缘滤波器 119
5.3.3 可调谐滤波器 121
5.3.4 波长可调谐光源 127
5.3.5 CCD分光仪 129
5.3.6 光纤Fourier变换光谱法 130
5.3.7 干涉仪 131
5.4 啁啾光纤光栅传感器 133
5.4.1 宽带啁啾光栅传感器 133
5.4.2 锥形啁啾光栅传感器 134
5.4.3 非对称啁啾光栅传感器 134
5.4.4 内光栅传感 134
5.5 长周期光纤光栅传感器 136
5.6 光纤Bragg光栅激光传感器 138
5.6.1 单点和多点Bragg光栅激光传感器 139
5.6.2 Bragg光栅激光传感器的超高分辨率解调 141
5.7 其他传感类型 142
5.8 检测方案的偏振稳定性 142
参考文献 142
第6章 光纤光栅传感器的集成和数据融合 151
6.1 引言 151
6.2 光纤光栅传感器的集成和数据融合模型 151
6.3 复用技术 153
6.3.1 波分复用 154
6.3.2 时分复用 157
6.3.3 空分复用 159
6.4 Bragg光栅和干涉传感器的同时检测 161
6.5 温度和应变的同时测量 161
6.5.1 光纤Bragg光栅的热机方程 162
6.5.2 表观热应变 163
6.5.3 热补偿的工作原理 164
6.5.4 外温度补偿 165
6.5.5 内温度补偿 166
6.5.6 应变和温度的交叉敏感 174
6.6 Bragg光栅干涉传感器 174
6.6.1 作为Bragg反射器的反射传感阵列 174
6.6.2 使用Bragg反射器的嵌套式光纤干涉仪 175
6.6.3 基于Bragg光栅的Fabry-Perot传感器 176
6.6.4 基于啁啾光栅的多波长Fabry-Perot传感器 177
6.7 光纤智能结构 178
6.7.1 光纤光栅结构传感器的安装 179
6.7.2 光纤埋入对结构的影响 184
6.7.3 传感器的规格 186
参考文献 187
第7章 光纤光栅的传感应用 199
7.1 航空航天 200
7.2 舰船 201
7.3 土木工程 202
7.4 石化工业 207
7.5 电力工业 208
7.6 核工业 209
7.7 医学 211
7.8 其他应用 212
7.9 现状与展望 212
参考文献 213