光纤传感器基础

光纤传感器基础
作　者： 方祖捷，秦关根，瞿荣辉 等著
出版时间：2014
丛编项： 光学与光子学丛书
内容简介
　　《光学与光子学丛书：光纤传感器基础》系统地论述了光纤传感技术的基础，是反映该领域近年来新进展的教科书和工具书。《光学与光子学丛书：光纤传感器基础》论述了光纤传感器的基本原理，用清晰的图示和基本公式解释其物理机理，介绍其主要结构、光学特性和基本性能。它不仅对高年级大学生和研究生的课程学习有一定指导作用，而且对该领域工作的研究者和工程技术人员有参考价值。《光学与光子学丛书：光纤传感器基础》由7章组成。在引言之后，第2章综述光纤的基本原理，包括电磁场理论和射线光学理论。第3章论述光纤敏感性和光纤器件。第4章分析各种结构的光纤光栅及其在传感技术中的应用：第5章综述基于光纤内瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射的分布式光纤传感器。第6章介绍几个有特殊应用意义的光纤传感器，包括光纤陀螺、光纤水听器、光纤法拉第传感器和基于表面等离子元的传感器。第7章讨论光纤法布理一珀罗干涉仪传感器。附录提供有关的数学公式、弹性力学基础、偏振光学基础、相关材料和器件的性能参数。《光学与光子学丛书：光纤传感器基础》的读者对象，一是大专院校的学生，特别是攻读博士学位和硕士学位的研究生，二是从事光纤传感器及其应用的研发工作的科研工作者和工程技术人员。
目录
前言
第1章 引言
1.1 历史回顾和展望
1.2 光纤传感器的分类和应用
1.3 本书各章内容提要
参考文献
第2章 光导纤维基础
2.1 光导纤维简介
2.1.1 光纤的基本结构和制备
2.1.2 光纤的基本特性
2.1.3 光纤的分类
2.2 阶跃折射率光纤的电磁场理论
2.2.1 圆柱坐标系的麦克斯韦方程
2.2.2 边界条件和本征值方程
2.2.3 弱导近似、混合模和线偏振模
2.2.4 场分布和偏振特性
2.2.5 多模光纤和包层模
2.2.6 光脉冲在光纤中的传输
2.3 梯度折射率光纤的基本理论
2.3.1 非均匀介质中的射线方程
2.3.2 梯度折射率光纤的射线光学
2.3.3 梯度折射率光纤的波动光学
2.3.4 梯度折射率透镜的基本特性
2.4 特种光纤
2.4.1 稀土掺杂光纤和双包层光纤
2.4.2 保偏光纤
2.4.3 光子晶体光纤和微结构光纤
习题
参考文献
第3章 光纤敏感性和光纤器件
3.1 光纤对所处物理条件的敏感性
3.1.1 光纤对轴向应变的敏感性
3.1.2 光纤对侧向压力的敏感性
3.1.3 光纤弯曲导致的双折射
3.1.4 光纤扭转导致的偏振模交叉耦合和偏振旋转
3.1.5 光纤弯曲损耗
3.1.6 光纤中的机械振动和波
3.1.7 光纤的温度敏感性
3.2 光纤耦合器
3.2.1 22光纤耦合器的结构和制备
3.2.2 光纤耦合器的基本特性和理论分析
3.2.3 ⅣⅣ和Ⅳ星型光纤耦合器
3.2.4 轴向模式耦合和锥形光纤
3.3 基于耦合器的光纤环路器件
3.3.1 光纤萨格纳克环
3.3.2 光纤单向环
3.3.3 光纤马赫-曾德尔干涉仪和迈克耳孙干涉仪
3.3.4 基于33耦合器的光纤环路器件
3.4 光纤的偏振特性
3.4.1 光纤中偏振态的演变
3.4.2 偏振模色散的基本特性
3.4.3 自旋光纤和圆双折射光纤
3.4.4 法拉第旋转和旋光效应
3.5 光纤偏振器件
3.5.1 光纤偏振器
3.5.2 光纤偏振控制器
3.5.3 光纤退偏器和扰偏器
3.5.4 光纤光隔离器和环行器
习题
参考文献
第4章 光纤光栅和相关器件
4.1 光纤光栅简介
4.1.1 光纤光栅的基本结构和原理
4.1.2 光纤的光敏性
4.1.3 光纤光栅的制备和分类
4.2 光纤光栅理论
4.2.1 均匀光纤布拉格光栅理论
4.2.2 长周期光纤光栅理论
4.2.3 非均匀光纤光栅基本理论
4.2.4 光纤光栅的逆工程设计
4.2.5 光纤光栅的切趾
4.3 特种光纤光栅器件
4.3.1 多段结构光纤布拉格光栅
4.3.2 啁啾光纤布拉格光栅
4.3.3 倾斜光纤布拉格光栅
4.3.4 保偏光纤光栅
4.3.5 纤内干涉仪和声光可调谐滤波器
4.4 光纤光栅的敏感性和光纤光栅传感器
4.4.1 光纤光栅的敏感性
4.4.2 光纤光栅的调谐
4.4.3 光纤光栅器件的封装
4.4.4 光纤光栅传感系统及其应用
习题
参考文献
第5章 分布式光纤传感器
5.1 光纤中的光散射
5.1.1 弹性光散射
5.1.2 非弹性光散射
5.1.3 受激拉曼散射和受激布里渊散射
5.2 基于瑞利散射的分布式光纤传感器
5.2.1 光时域反射仪
5.2.2 偏振光时域反射仪
5.2.3 相干光时域反射仪和相敏光时域反射仪
5.2.4 光频域反射仪
5.3 基于拉曼散射的分布式传感器
5.3.1 光纤中的拉曼散射
5.3.2 分布式拉曼温度传感器
5.3.3 频域拉曼温度传感器
5.4 基于布里渊散射的分布式光纤传感器
5.4.1 光纤中的布里渊散射
5.4.2 布里渊光时域反射仪
5.4.3 布里渊光时域分析仪
5.4.4 布里渊频域分析仪
5.5 基于光纤干涉仪的分布式传感器
5.5.1 干涉型光纤传感器的结构和特性
5.5.2 分布式光纤传感系统中的低相干技术
5.5.3 基于多模光纤中散斑效应和模式耦合的传感器
习题
参考文献
第6章 特种用途光纤传感器
6.1 光纤陀螺仪
6.1.1 干涉型光纤陀螺仪
6.1.2 光纤布里渊激光陀螺仪
6.1.3 谐振型光纤陀螺仪
6.2 光纤水听器
6.2.1 光纤水听器基本结构
6.2.2 声传感器阵列和复用
6.2.3 低噪声激光光源
6.3 光纤法拉第传感器
6.3.1 光纤中的法拉第效应
6.3.2 基于法拉第效应的电流传感器
6.3.3 法拉第磁场传感器
6.4 基于表面等离子体效应的光纤传感器
6.4.1 表面等离子体效应
6.4.2 基于表面等离子激元波的传感器
习题
参考文献
第7章 非本征光纤法布里-珀罗干涉仪传感器
7.1 非本征光纤F-P传感器的结构和基本原理
7.1.1 光纤F-P器件的基本结构
7.1.2 F-P干涉仪的基本特性
7.2 高斯光束F-P干涉仪的理论
7.2.1 基本模型和理论分析
7.2.2 斐索干涉仪近似-
7.3 光纤F-P传感器的基本特性和性能
7.3.1 非本征光纤F-P传感器的灵敏度
7.3.2 测量传感的线性范围和动态范围
7.3.3 光纤F-P传感器的解调和稳定性
7.3.4 光纤F-P传感器的频率响应
7.4 光纤F-P传感器的应用及相关技术问题
7.4.1 声源的定位
7.4.2 在原子力显微镜中的应用
7.4.3 光纤F-P传感器的应用实例
习题
参考文献
附录A 数学公式
A.1 贝塞尔方程和贝塞尔函数
A.2 龙格-库塔方法
A.3 阶线性微分方程
A.4 里卡蒂方程
A.5 艾里方程和艾里函数
附录B 弹性力学基础
B.1 应变、应力和胡克定律
B.2 坐标系之间的变换
B.3 平面形变问题
B.4 板和杆的应力平衡
B.5 弹光效应
B.6 各向同性介质内的弹性波
附录C 偏振光学基础
C.1 偏振光和琼斯矢量
C.2 斯托克斯矢量和庞加莱球
C.3 各向异性介质光学
C.4 琼斯矩阵和米勒矩阵
C.5 琼斯矢量和斯托克斯矢量的测量
附录D 相关材料和器件的性能参数
D.1 光纤连接器
D.2 材料器件参数表
索引
后记