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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