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第1章 光纤基础1

1.1光纤概述1

1.1.1光纤的基本结构1

1.1.2光纤的分类2

1.2光纤传输原理3

1.2.1光在界面的反射与折射3

1.2.2阶跃折射率光纤5

1.2.3渐变折射率光纤7

1.2.4单模光纤中的双折射8

1.3光纤的衰减机理10

参考文献13

第2章 光纤无源器件14

2.1连接器14

2.1.1连接器的基本原理和结构14

2.1.2连接器的评价指标16

2.2光纤耦合器17

2.2.1概述17

2.2.2熔锥型光纤耦合器17

2.2.3耦合器的技术指标19

2.3波分复用器（WDM）20

2.3.1概述20

2.3.2角色散型波分复用器20

2.3.3干涉型波分复用器21

2.3.4光纤耦合器型21

2.3.5其他类型波分复用器21

2.3.6光波分复用器的技术指标22

2.4光隔离器23

2.4.1光隔离器的功能及原理23

2.4.2光隔离器的评价指标24

2.4.3光隔离器的应用25

2.5光环形器25

2.5.1光环形器的功能及原理25

2.5.2光环形器的评价指标26

2.6衰减器27

2.6.1概述27

2.6.2光衰减器根据工作原理的分类27

2.6.3固定式光衰减器与可变衰减器28

2.6.4衰减器的评价指标28

2.7光开关29

2.7.1光开关概述29

2.7.2机械光开关29

2.7.3非机械光开关30

2.7.4光开关的评价指标30

2.8偏振控制器31

2.8.1偏振控制器概述31

2.8.2偏振控制器的基本原理31

参考文献33

第3章 光纤有源器件34

3.1引言34

3.2半导体光源的基本原理35

3.3发光二极管36

3.4激光二极管LD38

3.5单频半导体激光器41

3.6PIN光电二极管42

3.7雪崩光电二极管APD44

参考文献44

第4章 掺铒光纤有源器件45

4.1掺铒光纤45

4.1.1掺铒光纤45

4.1.2掺铒光纤的放大特性46

4.1.3掺铒光纤的泵浦方式47

4.2放大自发辐射光源（ASE）48

4.2.1基本结构48

4.2.2提高掺铒超荧光光纤光源输出特性49

4.3掺铒光纤放大器54

4.4光纤激光器56

4.4.1光纤激光器的基本工作原理56

4.4.2典型的光纤激光器结构57

4.4.3单波长光纤激光器58

4.4.4可调谐掺铒光纤激光器62

参考文献64

第5章 强度调制光纤传感器65

5.1引言65

5.2非功能型光纤传感器67

5.2.1反射式强度调制67

5.2.2透射式强度调制68

5.2.3迅逝场耦合型强度调制71

5.2.4物理效应型强度调制73

5.3功能型光强调制75

5.3.1微弯损耗型强度调制75

5.3.2变折射率型强度调制76

5.3.3刻纹光纤型强度调制77

5.3.4光吸收系数型强度调制78

5.4强度传感器的参考测量方法78

5.4.1分光束参考测量法79

5.4.2时域参考测量法80

5.4.3双波长参考测量法81

5.5光纤甲烷气体传感器87

5.5.1迅逝场泄漏型光纤甲烷气体传感器88

5.5.2光谱吸收型光纤甲烷气体传感器88

5.6光纤氢气传感器89

5.6.1干涉型光纤氢传感器89

5.6.2基于光纤光栅型光纤氢传感器90

5.6.3微透镜型光纤氢传感器91

5.6.4迅逝场型光纤氢传感器92

参考文献93

第6章 干涉型光纤传感器94

6.1引言94

6.2光纤相位调制机理94

6.3光纤干涉仪97

6.3.1光纤迈克耳孙（Michelson）干涉仪98

6.3.2光纤马赫-泽德尔（Mach-Zehnder）干涉仪99

6.3.3光纤赛格纳克（Sagnac）干涉仪100

6.3.4光纤法布里-珀罗（Febry-Perot）干涉仪100

6.4双光束干涉仪的信号解调技术101

6.4.1有源零差正交解调法102

6.4.2无源零差正交解调法106

6.4.3相位载波（PGC）零差法108

6.4.4基于3×3光纤耦合器的零差解调112

6.4.5外差解调法123

6.4.6各种解调方案的比较126

6.5光纤干涉技术中的一些关键技术问题127

6.5.1光源127

6.5.2光纤干涉仪中的模式与偏振问题129

6.5.3光纤干涉仪的稳定技术131

参考文献135

第7章 光纤多光束干涉仪137

7.1F-P干涉仪137

7.2光纤F-P干涉仪139

7.3本征型光纤多光束干涉F-P传感器142

7.4外腔式光纤F-P谐振腔145

7.5光纤F-P标准具148

7.6可调谐光纤F-P滤波器151

7.6.1背景151

7.6.2设计方案153

7.6.3可调谐光纤F-P滤波器的性能153

7.7光纤F-P谐振腔传感器155

参考文献160

第8章 光纤外腔Fabry-Perot干涉仪（EFPI）162

8.1引言162

8.2EFPI传感器的原理163

8.3EFPI的数学模型167

8.4正交工作点直接测量法168

8.5双F-P腔正交测量法173

8.6双波长正交测量法175

8.7三波长测量法178

参考文献181

第9章 光纤Sagnac干涉仪183

9.1引言183

9.2Sagnac效应183

9.3互易性与最小结构光纤环形干涉仪185

9.4光纤陀螺的相位偏置问题187

9.5开环结构和闭环结构的光纤陀螺188

9.5.1开环光纤陀螺的基本结构189

9.5.2闭环光纤陀螺的基本结构191

9.6实现光纤陀螺的技术问题192

9.7小结194

参考文献195

第10章 光纤白光干涉测量术196

10.1引言196

10.2低相干光源196

10.2.1气体灯光源197

10.2.2二极管宽带光源197

10.2.3梳状光谱光源199

10.2.4ASE光源199

10.3扫描光纤白光干涉测量术200

10.4光谱域扫描光纤白光干涉测量术204

10.4.1应用光谱仪的信号解调技术205

10.4.2应用CCD成像的EFPI信号解调技术206

10.4.3基于菲佐（Fizeau）干涉仪的EFPI信号解调技术207

10.5波长扫描白光干涉测量术210

10.5.1波长扫描白光干涉仪结构210

10.5.2傅里叶变换白光干涉术211

参考文献218

第11章 偏振调制型光纤传感器及光学电流互感器220

11.1光偏振调制原理及光学电流互感器220

11.1.1偏振调制原理220

11.1.2光学电流互感器的分类221

11.2光学电流互感器与传统电流互感器的比较221

11.3混合式光学电流互感器222

11.3.1Rogowski线圈223

11.3.2无源光电混合式OCT224

11.3.3有源光电混合式OCT226

11.4全光纤式OCT226

11.4.1原理226

11.4.2光纤中的双折射对测量的影响227

11.4.3对传感光纤的改进228

11.4.4对测量方案的改进229

11.4.5结论230

11.5玻璃块式OCT230

11.5.1引言230

11.5.2玻璃OCT的方案231

11.5.3正方形传感头232

11.5.4三角形传感头233

11.6光学电流互感器的发展与评述234

参考文献238

第12章 光纤光栅传感器239

12.1引言239

12.2光纤光栅的制作239

12.2.1侧面抛光型光纤布拉格光栅240

12.2.2Hill光栅241

12.2.3Meltz光栅242

12.2.4单脉冲光栅242

12.2.5光纤拉制时写入的光栅243

12.2.6相位掩模光栅244

12.2.7逐点写入的光纤光栅（模式变换器）244

12.2.8带通光纤光栅245

12.2.9长光纤光栅的制作（超窄线滤波器）246

12.2.10重叠多个光纤光栅（梳妆滤波器）246

12.2.11光纤啁啾光栅制作技术247

12.3光纤光栅的光敏性248

12.3.1引言248

12.3.2掺锗光纤的UV吸收谱248

12.3.3掺锗光纤的紫外光激折射率变化250

12.3.4提高光纤光敏性的方法252

12.4光纤光栅的性能252

12.4.1模式耦合方程252

12.4.2两个模式间的耦合255

12.4.3一个前向模耦合到同阶的反向传输模255

12.4.4光纤光栅的特性分析257

12.5光纤光栅的传感性能263

12.6光纤光栅信号解调技术264

12.6.1线性滤波比例探测法264

12.6.2匹配光纤光栅探测法266

12.6.3光纤M-Z干涉探测法267

12.6.4扫描光纤F-P干涉探测法268

12.7光纤光栅传感器的复用技术269

12.7.1光纤光栅复用的原理269

12.7.2扫描光纤F-P滤波器法270

12.7.3复用光纤光栅激光传感器阵列270

12.7.4匹配光纤光栅波分复用阵列271

12.7.5基于线阵列CCD探测的波分复用技术271

12.7.6基于锁模激光的频分复用技术272

12.7.7时分复用与波分复用技术272

12.7.8空分复用、时分复用和波分复用光纤光栅传感器网络273

12.8温度交叉敏感问题274

参考文献276

第13章 分布式光纤传感器278

13.1引言278

13.2光时域反射计（OTDR）278

13.3基于瑞利散射的分布式光纤裂缝传感器280

13.3.1引言280

13.3.2分布式光纤裂缝传感器原理280

13.3.3固定曲率半径平面波导的弯曲损耗分析281

13.3.4任意弯曲多模光纤的弯曲损耗分析283

13.3.5模拟与实验285

13.3.6工程应用的难点291

13.3.7小结292

13.4基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器292

13.4.1引言292

13.4.2自发拉曼散射293

13.4.3测量系统295

13.4.4参数的设计与器件的选择295

13.4.5传感系统主要参数298

13.5基于布里渊散射的分布式光纤应变/温度传感器300

13.5.1传感原理300

13.5.2信号探测方案302

13.5.3小结304

参考文献305