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第一章 光纤的基本原理 1

1．1 引言 1

1．2 光纤波导的原理 2

1．3 光纤的分类 3

1．4 光纤的特性 5

1．5 光纤的衰减机理 8

1．5．1 衰减的概念 8

1．5．2 吸收损耗 9

1．5．3 散射损耗 11

1．5．4 微扰损耗 12

1．6 光纤的色散机理 13

1．6．1 色散的概念 13

1．6．2 色散的机理 14

1．6．3 单模光纤与多模光纤的色散 17

1．6．4 光纤色散与带宽的关系 18

第二章 光纤系统转换器和元件连接 19

2．1 引言 19

2．2 电光转换器——光源 20

2．2．1 光源的特性 20

2．2．2 典型光源 20

2．3 光电转换器——光探测器 30

2．3．1 光探测器的特性参数 30

2．3．2 光探测器的原理 33

2．3．3 半导体光电探测器 34

2．3．4 光电倍增管 37

2．4 光纤连接器和固定接头 40

2．4．1 光纤连接损耗 40

2．4．2 光纤活动连接器 43

2．4．3 光纤固定接头 44

2．5 光纤定向耦合器 45

2．5．1 耦合器的分类 45

2．5．2 耦合器的基本工作原理 46

2．5．3 耦合器的性能参数及制备方法 49

第三章 光纤衰减测量 51

3．1 引言 51

3．2 衰减测量的光激励 52

3．3 剪断法 56

3．3．1 剪断法原理 56

3．3．2 衰减谱测量 57

3．3．3 误差分析 58

3．4 插入损耗法 60

3．5 背向散射法 62

3．5．1 背向散射法工作原理 62

3．5．2 注入条件 64

3．5．3 测量信号的接收 66

3．5．4 信号处理过程 66

3．5．5 信噪化、响应分辨率及动态范围 67

3．5．6 测量准确度的改进方法——两点法 68

3．5．7 结论 69

3．6 光时域反射计(OTDR) 69

3．6．1 HPSl45A型OTDR的工作特性 70

3．6．2 HP8145A型OTDR的工作原理 71

3．6．3 改进方案 73

3．7 光频域反射计(OFDR) 74

第四章 光纤色散测量 77

4．1 引言 77

4．2 时域法 78

4．2．1 模内色散测量 79

4．2．2 模间色散测量 81

4．2．3 误差分析 85

4．2．4 利用锁定放大器改善信噪比 88

4．2．5 利用拾波法减小总误差 88

4．3 频域法 89

4．3．1 模内色散测量 89

4．3．2 模间色散测量 92

4．3．3 误差分析 94

4．4 时域法和频域法的比较 96

第五章 光纤传感器基本原理 97

5．1 引言 97

5．2 强度调制机理 98

5．2．1 反射式强度调制 98

5．2．2 透射式强度调制 100

5．2．3 光模式强度调制 101

5．2．4 折射率强度调制 103

5．2．5 光吸收系数强度调制 105

5．3 相位调制机理 106

5．3．1 相位调制 106

5．3．2 光纤干涉仪 110

5．3．4 相位压缩原理及微分干涉仪 114

5．4 频率调制机理 117

5．4．1 光纤多谱勒技术 118

5．4．2 光纤多普勒系统的局限性 120

5．5 波长调制机理 121

5．5．1 光纤pH探测技术 121

5．5．2 光纤磷光探测技术 122

5．5．3 光纤黑体探测技术 123

5．5．4 光纤法布里-珀罗滤光技术 124

5．6 偏振调制机理 125

5．6．1 普克耳效应 125

5．6．2 克尔效应 127

5．6．3 法拉第效应 128

5．6．4 光弹效应 129

5．7 对光纤与光电器件的要求 131

第六章 光纤机械量传感器 132

6．1 引言 132

6．2 光纤位移传感器 134

6．2．1 外调制式位移传感器 134

6．2．2 内调制式位移传感器 136

6．2．3 相位干涉式位移传感器 138

6．3 光纤压力和水声传感器 139

6．3．1 全内反射光纤压力传感器 139

6．3．2 微弯曲光纤水声传感器 141

6．3．3 动态压力传感器 141

6．3．4 偏振调制光纤压力和水声传感器 142

6．4 光纤应变传感器 143

6．5 光纤表面粗糙度传感器 146

6．6 光纤加速度传感器 149

6．6．1 振动加速度传感器原理 149

6．6．2 相位调制光纤加速度传感器 150

6．7 光纤振动传感器 152

6．7．1 相位调制光纤振动传感器 152

6．7．2 双波长光纤振动传感器 156

6．7．3 多普勒效应光纤振动传感器 157

第七章 光纤热工量传感器 158

7．1 引言 158

7．2 辐射型光纤温度传感器 161

7．2．1 有关光纤的特性 161

7．2．2 测温探头 163

7．2．3 光纤辐射温度计的组成 163

7．2．4 光纤高温传感器 164

7．2．5 光纤扫描温度计 165

7．2．6 荧光辐射型光纤温度计 167

7．3 传光型光纤温度传感器 168

7．3．1 半导体光纤温度传感器 168

7．3．2 荧光衰变式光纤温度传感器 169

7．3．3 热色效应光纤温度传感器 170

7．4 传感型光纤温厦传感器 172

7．4．1 折射率调制光纤温度传感器 172

7．4．2 相位调制光纤温度传感器 175

7．5 传光型光纤流量传感器 177

7．5．1 相关型光纤流量传感器 177

7．5．2 光纤涡轮流量计 179

7．5．3 光纤膜片式流速计 180

7．6 传感型光纤流量传感器 181

第八章 光纤电磁量传感器 184

8．1 引言 184

8．2 光纤磁场传感器 185

8．2．1 光纤法拉第磁强计 185

8．2．2 磁致伸缩效应光纤磁场传感器 188

8．3 光纤电场传感器 191

8．3．1 电致光吸收光纤电场传感原理 192

8．3．2 压电弹光光纤电场传感器 193

8．3．3 BSO晶体光纤电场传感器 195

8．4 光纤电流传感器 196

8．4．1 金属被覆光纤电流传感器 196

8．4．2 磁致伸缩效应光纤电流传感器 198

8．4．3 法拉第效应光纤电流传感器 198

8．4．4 压电弹光效应光纤电流传感器 200

第九章 医用光纤传感器 201

9．1 引言 201

9．2 医用光纤温度传感器 202

9．2．1 强度调制型光纤温度传感器 202

9．2．2 波长调制型光纤温度传感器 205

9．2．3 时域型光纤温度传感器 209

9．3 癌症超热治疗中的光纤温度计 209

9．3．1 光纤温度计设计简介 209

9．3．2 光纤温度计的系统设计 211

9．3．3 系统的主要技术性能 216

9．4 光纤体压计 217

9．4．1 薄膜型光纤体压计 218

9．4．2 光弹效应光纤体压计 222

9．5 光纤血流计 226

9．5．1 动脉光纤血流计 227

9．5．2 皮肤光纤血流计 230

9．5．3 双波长光光纤血流计 237

9．6 光纤血气分析传感器 240

9．6．1 光纤pH值传感器 240

9．6．2 光纤pO_2传感器 243

9．6．3 光纤血气监测传感器 247

第十章 监测大气污染光纤传感器 253

10．1 引言 253

10．2 光纤二氧化氮(NO_2)传感器 254

10．2．1 弹光型光纤NO_2传感器 254

10．2．2 差分吸收式光纤NO_2传感器 256

10．3 光纤氨气(NH_3)传感器 257

10．3．1 荧光光纤NH_3传感器 258

10．3．2 比色分析光纤NH_3传感器 258

10．3．3 pH试剂光纤NH_3传感器 260

10．4 光纤二氧化碳(CO_2)传感器 265

10．5 光纤瓦斯传感器 268

参考文献 272