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第一章 光纤概论 1

1-1 引言 1

1-2 光纤的结构、分类与制备方法 1

1-3 子午光线的传播 7

1-3-1 子午光线在折射率阶跃型光纤中的传播 7

1-3-2 子午光线在折射率渐变型光纤中的传播 9

1-4 平板波导的电磁场分析 11

1-4-1 对称平板介质波导的模式 11

1-4-2 截止特性、传播常数和场形状 14

1-5 折射率阶跃型光纤的电磁场分析 16

1-6 光纤的色散与损耗 20

第二章 单模光纤的偏振光学 24

2-1 引言 24

2-2 偏振光的表示方法 26

2-2-1 椭圆偏振、线偏振和圆偏振 26

2-2-2 琼斯矢量表示法 27

2-2-3 偏振器件的矩阵表示法 29

2-2-4 偏振光的圆复平面表示法 31

2-2-5 偏振光的庞加莱球表示法 32

2-3 单模光纤双折射的测量 34

2-3-1 偏振棱镜、波片和补偿器 34

2-3-2 光纤本征双折射及法拉第效应的测量 38

2-3-3 光纤的弹光偏振测量 45

2-3-4 光纤的双折射与拍长 48

2-3-5 光纤双折射的反向散射测量 50

2-3-6 液体芯光纤的偏振测量 52

2-4 单模光纤双折射的理论分析 53

2-4-1 微扰耦合理论 53

2-4-2 弹光效应 57

2-4-3 扭转诱导的双折射 59

2-4-4 光纤芯椭圆度造成的双折射 61

2-4-5 电光效应 62

2-4-6 电磁场引起的双折射 63

2-4-7 弯曲诱导的双折射 64

2-4-8 拉伸与弯曲组合诱导的双折射 67

2-4-9 光纤本征双折射与扭转效应的组合 69

2-4-10 自旋光纤的双折射 72

2-5 不同类型的双折射光纤 73

2-5-1 传感器对光纤双折射的要求 73

2-5-2 扰动与随机偏振耦合 74

2-5-3 普通低双折射光纤 77

2-5-4 自旋光纤 79

2-5-5 形状型高双折射光纤 81

2-5-6 应变型高双折射光纤 82

2-5-7 蝴蝶结式高双折射光纤 83

2-6 单模光纤偏振器件及偏振态的演变 86

2-6-1 光纤起偏器 86

2-6-2 光纤补偿器 89

2-6-3 偏振态演变的分析 91

2-6-4 偏振态演变的实验 95

第三章 光纤的耦合与连接 99

3-1 引言 99

3-2 光源与光纤的耦合 101

3-2-1 直接耦合 101

3-2-2 匹配措施 102

3-3 光纤全息耦合 103

3-4 光功率分配器概述 105

3-5 定向耦合器的制作技术 107

3-5-1 研磨法 107

3-5-2 侵蚀法 109

3-5-3 硅胶玻璃的应用 111

3-6 定向耦合器的理论 112

3-6-1 可调弯曲式光纤耦合器的理论 112

3-6-2 瓶式光纤耦合器的理论 117

3-7 定向耦合器的测试 120

3-7-1 三端口弯曲式光纤耦合器的测试 120

3-7-2 四端口弯曲式光纤耦合器的测试 122

3-7-3 瓶式光纤耦合器的测试 125

3-8 对接光纤的耦合 129

3-9 光纤间的永久性连接 133

3-10 光纤连接器 134

3-10-1 球透镜耦合式多模光纤连接器 134

3-10-2 偏心衬套式单模光纤连接器 136

3-10-3 精密小孔定心式单模光纤连接器 137

3-11 扩束连接器的光线追迹理论 138

第四章 光纤干涉仪及其探测系统 142

4-1 引言 142

4-2 光纤干涉仪 143

4-2-1 干涉仪概述 143

4-2-2 周期性、动态范围和线性输出 146

4-2-3 麦克尔孙干涉仪和马赫-泽德干涉仪 147

4-2-4 法布里-珀罗干涉仪 148

4-3 探测系统 149

4-3-1 概述 149

4-3-2 无源零差 151

4-3-3 有源零差 153

4-3-4 光源波长调谐 156

4-3-5 外差 157

4-3-6 似外差 160

4-4 利用位相产生载波的零差技术 162

4-5 单边带零差探测 169

4-6 干涉仪型光纤传感器的偏振衰变 177

第五章 光纤应变传感器 181

5-1 引言 181

5-2 干涉仪型光纤应变传感器 182

5-3 干涉仪型光纤应变测量的进展 186

5-4 偏振型光纤应变传感器 188

5-5 微弯型光纤应变传感器 192

第六章 光纤压力传感器 198

6-1 引言 198

6-2 干涉仪型光纤压力传感器 199

6-3 偏振型光纤压力传感器 202

6-3-1 单色弹光压力传感器 202

6-3-2 特征波长弹光压力传感器 205

6-3-3 利用低双折射光纤的弹光压力传感器 209

6-4 膜片弯曲型光纤压力传感器 214

6-5 频率编码型光纤压力传感器 218

第七章 光纤温度传感器 223

7-1 引言 223

7-2 干涉仪型光纤温度传感器 225

7-2-1 马赫-泽德干涉仪温度传感器 225

7-2-2 麦克尔孙干涉仪温度传感器 227

7-3 偏振型光纤温度传感器 230

7-3-1 双折射光纤温度传感器 230

7-3-2 利用石英晶体旋光性的温度传感器 234

7-3-3 利用LiNbO3双折射的温度传感器 238

7-4 材料吸收型光纤温度传感器 241

7-4-1 单耦合器式半导体吸收型测温器 241

7-4-2 双耦合器式半导体吸收型测温器 244

7-4-3 分布式红宝石吸收型测温器 247

7-4-4 稀土材料的吸收与温度的关系 250

7-4-5 回流环式稀土材料吸收型测温器 252

7-4-6 双光源式稀土材料吸收型测温器 255

7-5 红外荧光衰变型光纤温度传感器 258

7-6 串音型光纤温度传感器 261

7-7 热辐射型光纤温度传感器 277

7-8 包、敷层损耗型光纤温度传感器 285

7-9 液体包层型光纤温度传感器 292

第八章 光纤声传感器 295

8-1 引言 295

8-2 干涉仪型光纤声传感器 297

8-2-1 裸光纤干涉仪的灵敏度 297

8-2-2 有敷层的光纤干涉仪的灵敏度 302

8-2-3 光纤敷层的优化 319

8-2-4 激光器调谐的信号稳定技术 325

8-2-5 有不同延迟的外差探测 328

8-2-6 光纤水听器阵列 331

8-3 偏振型光纤声传感器 332

8-3-1 模-模干涉的光纤声传感器 332

8-3-2 卷绕的单光纤声传感器 336

8-3-3 聚束声传感器 340

8-3-4 光纤超声传感器 344

8-3-5 光纤应变类型与灵敏度的关系 349

8-3-6 双腔式光纤声传感器 351

8-4 微弯型光纤声传感器 355

8-4-1 膜片式微弯型光纤声传感器 355

8-4-2 橡胶套式微弯型光纤声传感器 356

8-5 受抑全内反射型光纤声传感器 361

8-6 纹影型光纤声传感器 367

第九章 光纤加速度计 373

9-1 引言 373

9-2 干涉仪型光纤加速度计 374

9-2-1 直接转换式光纤加速度计 374

9-2-2 间接转换式光纤加速度计 376

9-3 偏振型光纤加速度计 380

9-4 间隙耦合型光纤加速度计 386

第十章 光纤流量计 391

10-1 引言 391

10-2 光纤平行于液流方向的流量计 392

10-3 旋涡分离式光纤流量计 393

10-3-1 流体力学原理 393

10-3-2 多模光纤流量计 396

10-3-3 单模光纤法布里-珀罗干涉仪流量计 398

10-3-4 全光纤麦克尔孙干涉仪流量计 400

10-3-5 改进的光纤流量计 403

第十一章 光纤磁场传感器 407

11-1 引言 407

11-2 干涉仪型光纤磁场传感器 408

11-2-1 灵敏度的理论分析 408

11-2-2 灵敏度的测量 414

11-2-3 金属玻璃的应用 418

11-2-4 直流磁场的探测 423

11-2-5 低频交流磁场的探测 425

11-2-6 闭环系统 427

11-3 偏振型光纤磁场传感器 431

11-3-1 磁致伸缩光纤线圈架的应用 431

11-3-2 光时间域反射术的应用 436

11-3-3 特种光纤线圈的应用 438

11-3-4 上升时间超短的极强磁场的探测 441

第十二章 光纤电流传感器 444

12-1 引言 444

12-2 干涉仪型光纤电流传感器 445

12-3 磁光式光纤电流变换器 447

12-3-1 原理 447

12-3-2 元件 453

12-3-3 测量 457

12-4 利用法拉第材料的光纤电流传感器 462

参考文献 468