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| 商品名称： | 光纤传感器及其应用技术 |
| 作者： | 编者_黎敏//廖延彪|责编_孙寓明 |
| 定价： | 78.0 |
| 出版社： | 科学出版社 |
| 出版日期： | 17-06-01 |
| ISBN： | 9787030577849 |
| 印次： | 3 |
| 版次： | 1 |
| 装帧： | 平装 |
| 开本： | 16开 |
| 内容简介 |
| 为了适应光纤传感技术和产业的高速发展，本书以光纤中的光调制机理为主线，详细讨论强度调制、相位调制、波长调制和偏振态调制四大类光纤传感器的传感机理、关键问题和应用范例，以来多行业规模化应用的分布式光纤传感技术的原理、方法和关键技术；选择性地将物联网技术中的重要骨架——光纤成网技术，新型光纤——聚合物光纤、光子晶体光纤和纳米光纤及其传感应用作为延伸与拓展。本书内容突出，结合学科展，应用设计实例丰富。有助于在掌握基础理论和应用工具的同时，开阔科研视野、了解学科动态、启发创新思维。 本书适合电子信息类相关专业高年级本科生及研究生学，也适合从事相关科研人员参考阅读。 |
| 目录 |
| 第1章 光纤技术基础 1.1 光纤的基本特性 1.1.1 均匀折射率光纤中光线的传播与数值孔径 1.1.2 光纤的弯曲 1.1.3 光纤端面的倾斜效应 1.1.4 圆锥形光纤 1.1.5 光纤的损耗 1.1.6 光纤的色散 1.2 常用光纤器件 1.2.1 光纤定向耦合器、环形器与 1.2.2 光纤偏振器件——PM控制器、起偏器与消偏器、扰偏器和光隔离器 1.2.3 全光开关 1.2.4 光纤光栅与光纤滤波器 1.2.5 光调制器 1.2.6 掺杂光纤激光器 1.2.7 率光纤激光器层泵浦技术 1.2.8 光纤放大器 1.3 小结 思考 第2章 强度调制型光纤传感器 2.1 强度调制传感原理 2.1.1 反射式强度调制 2.1.2 透射式强度调制 2.1.3 光纤率分布强度调制 2.1.4 折射率强度调制 2.1.5 光吸收系数调制 2.2 强度调制型光纤传感器的补偿技术 2.2.1 光源负反馈稳定法 2.2.2 双波长补偿法 2.2.3 旁路光纤监测法 2.2.4 光桥平衡补偿法 2.2.5 神经网络补偿法 2.3 强度调制型光纤传感器的类型及应用实例 2.3.1 光纤微弯传感器 2.3.2 光纤温度传感器 2.4 强度调制型光纤传感器的研究与发展方向 思考 第3章 相位调制型光纤传感器 3.1 相位调制型光纤传感器原理 3.1.1 应力应变效应 3.1.2 温度应变效应 3.2 光纤干涉仪的类型 3.2.1 Mach-Zehnder和Michelson光纤干涉仪 3.2.2 Sagnac光纤干涉仪 3.2.3 光纤Fabry-Perot干涉仪 3.2.4 光纤环形腔干涉仪 3.2.5 相位压缩原理与微分干涉仪 3.2.6 白光干涉型光纤传感器 3.3 相位调制型光传感器的信号解调技术 3.3.1 干涉仪的信号解调 3.3.2 光纤锁相环方法 3.3.3 相位生成载波（PGC）解调方案 3.4 光纤干涉仪的传感应用实例 3.4.1 振动传感器 3.4.2 磁场传感器 3.4.3 电流传感器 3.5 相位调制型光纤传感器的发展 思考 第4章 波长调制型光纤传感器 4.1 波长调制传感原理 4.2 光纤布拉格光栅传感器 4.2.1 光纤布拉格光栅传感模型 4.2.2 光纤光栅增敏与去敏设计 4.2.3 光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用 4.3 光纤SPR传感器 4.3.1 SPR原理与理论模型 4.3.2 光纤SPR传感器及其应用 4.4 光声光谱微量气体检测技术 4.4.1 光声光谱原理 4.4.2 光声气室的设计与优化 4.4.3 微量气体的光声光谱法高精度检测实例 4.5 光纤荧光温度传感器 4.6 光纤黑体（高温）温度计 思考 第5章 偏振态调制型光纤传感器 5.1 偏振态调制传感原理 5.1.1 泡克耳斯效应 5.1.2 克尔效应 5.1.3 法拉第效应 5.1.4 弹光效应 5.2 偏振调制光纤传感器类型及应用实例 5.2.1 光纤电流传感器 5.2.2 BSO晶体光纤电场传感器 5.2.3 医用体压计 5.2.4 动脉光纤血流计 5.2.5 光纤偏振干涉仪 思考 第6章 分布式光纤传感器 6.1 引言 6.2 时域分布式光纤传感器的工作机理 6.2.1 光纤中的背向散射光分析 6.2.2 OTDR技术 6.2.3 瑞利散射型分布式光纤传感技术 6.2.4 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术 6.2.5 布里渊散射型分布式光纤传感技术 6.2.6 拉曼型、布里渊型和偏振模式耦合型分布式温度传感方法比较 6.2.7 FBG和BOTDR性能比较 6.3 其他（准）分布式光纤传感器 6.3.1 光纤F-P传感器 6.3.2 基于干涉技术的分布式光纤传感器 6.4 分布式光纤传感器的应用 6.5 小结 思考 第7章 光传感器网络技术 7.1 概述 7.1.1 可用于构成光传感网的光纤传感器 7.1.2 成网技术 7.2 光纤光栅传感网络 7.3 基于干涉型光纤传感器的光纤传感网 7.3.1 大规模干涉型光纤传感网络的基本结构 7.3.2 超大容量干涉型光纤传感网络的信号法 7.3.3 超大容量干涉型光纤传感网络的偏振诱导信号衰落及其控制方法 7.3.4 长距离复合复用网络结构中的光放大机理及极限性能 思考 第8章 新材料光纤传感器及其应用技术 8.1 光子晶体光纤及其在传感中的应用 8.1.1 光子晶体光纤 8.1.2 光子晶体光纤传感器 8.1.3 PCF小结 8.2 聚合物光纤及其传感应用 8.2.1 聚合物光纤材料及类型 8.2.2 多模聚合物光纤传感器及其应用 8.2.3 单模聚合物光纤传感器及其应用 8.3 小结 思考 第9章 纳米光纤与传感器 9.1 纳米光纤 9.1.1 纳米光纤的典型特征——极高的倏逝场能量 9.1.2 纳米光纤的制造与r/> 9.2 纳米光纤中的光传输 9.2.1 传输方程与解 9.2.2 传输损耗 9.2.3 纳米光纤的色散与超连续谱 9.3 纳米光纤的典型应用 9.3.1 纳米光纤传感器 9.3.2 非线性光学器件 9.3.3 纳米光纤耦合器 9.3.4 原子捕获与导向 9.4 纳米光纤传感的发展前景 思考 参考文献 附录1 符号表 附录2 缩写词汇表 |
| 前言 |
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前言 从代光纤传感器——牙科内窥镜纤传感器的研发和应用了生物医药、智能材料、电力等多个行业测试技术的革命性发展。现代光纤技术以世纪70年代发展起来的超低损耗光纤为基础，历经40年的发展，在信息获取和信息传输领域发挥着不可替代的作用。获取信息是光纤传感的核心使命。作为一类重要的传感技术，光纤传感技术具有许多传统传感器所无法企及的优势，尤其是本征绝缘和抗电磁性能，而与生俱来的信息传输能力，使得光纤传感器日益成为物联网发展的主干技术。正是这些独到之处了光纤传感器在我国当前基础建设高速发展、生产呼声日涨的条件下，加入电力、石油化工、大型基础设施建设、环境和生物医学等尚未开垦的传感技术处女地推广应用；并有望在超高压电力、石化、核电、大型构筑物、环境等监测领域取代传统的传感方式，成为信息传感技术的先锋。 光纤传感器发展有3次传感崛起的浪潮。第pan>次浪潮——基于Sagnac效应 的光纤陀螺和光纤Mach-Zehnder干涉型水听器，两者如今同时在军事和民用领域获得了成 次浪潮——本征/非本征Fabry-Perot干涉仪，迄今已有无数的研究和应用报道；第3次浪潮——光纤光栅(fiber bragg grating，FBG)，始于为光纤通信设计的在线滤波器，而终发展为高精度、准分布式多参量传感技术。而每一次传感器的革命浪潮都推动更多新传感机理和技术涌现。 本书旨在从光纤传感器发展历程中数以百计的物理量传感原理和技术中提炼出一条明晰的发展脉络，使读者能够方便地掌握传感器的原理、关键技术、应用及发展方向。为此，将众多光纤通信技术书籍中共有的光纤光学部分的内容浓缩为开篇第pan style="font-family:宋体">章，作为学和基础。传感器内容的部括第2~6章，展开并详细讨论强度调制型、相位调制型、波长调制型和偏振态调制型四大类和分布式光纤传感的原理、针对性的核心技术和设计方法；并提供了大量典型应用和设计案例作为工程师们的设计参考。第二部括第7~9章，延伸介绍光纤传感网络技术、新材料光纤——聚合物光纤传感器以及新型导光机理光纤——光子晶体和纳米光纤传感器，供读者了解和把握光纤技术新研展及相关领域的现状。相信对开阔读者的专业学、了解学科的前沿动态、启发创新思维会有一定的帮助。 本书结合作者在光纤教学和科研中的切身体会，在参考国内外大量相关书籍资料的基础上编写而成。虽然，少数类型的光纤传感技术已获得大规模工程应用，但由于被测物理参量种类多、传感机理不同、应用环境复杂，仍有大量的传感器处于研发阶段，很多技术尚待完善。新的传感机理和应用领域不断涌现，加之笔者水平所限，书中难免有不当之处，欢迎广大读者不吝批评指正。
黎敏 二一八年春于南湖 ·i·
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| 摘要 |
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第pan style="font-family:宋体">章光纤技术基础 1.pan style="font-family:宋体">光纤的基本特性 光纤是光导纤维的简称。光导纤维是工作在光波波段的一种介质波导，通常是圆柱形。光导纤维将以光的形式出现的电磁波能量，利用全反射的原理约束在其界面内，并引导光波沿着光纤轴线的方向。光纤的传输特性由其结构和材料决定。光纤的基本结构是两层圆柱状介质，内层为纤芯，外层层；纤芯的折射率ni层的折射率ng稍大。当满足一定的入射条件时，光波就能沿着纤芯向前传播。实际的光纤层外面还有一层保护层，其用途是保护光纤免受环境污染和机械损伤。有的光纤还有更复杂的结构，以满足使用中不同的要求。 光波在光纤中传输时，由于纤芯边界的限制，其电磁场解不连续。这种不连续的场解称为模式。光纤分类的方法有多种。按传输的模式数量可分为单模光纤和多模光纤：只能传输一种模式的光纤称为单模光纤，能同时传输多种模式的光纤称为多模光纤。单模光纤和多模光纤的主要差别是纤芯的尺和纤芯-(2a=50~500um标层直径2b=125~400um)，芯-(2=(n一ng)/n=0.0pan>～0.02)；单模光纤纤芯直径小(2a=2～12um)，芯-(2=0.0005~0.00pan style="font-family:宋体">。 按纤芯折射率分布的方式可分为阶跃折射率光纤和梯度折射率光纤。前者纤芯折射率是均匀的，在纤芯层的分界面处，折射率发生突变(即阶跃型)；后者折射率是按一定的函数关系随光纤中心径向距离而变化的。图1-2给出了这两类光纤的示意图和典型尺。图1-2(a)是单模阶跃折射率光纤，图1-2(b)和图1-2(c)分别是多模阶跃折射率光纤和多模梯度折射率光纤。 按传输的偏振态，单模光纤又一步分为非偏振保持光纤(简称非保偏光纤)和偏振保持光纤(简称保偏光纤)。其差别是前者不能传输偏振光，而后者可以。保偏光纤又可细分为单偏振光纤、高双折射光纤、低双折射光纤和圆偏光纤4种。只能传输一种偏振模式的光纤称为单偏振光纤；能传输两正交偏振模式、且其传播速度相差很大者为高双折射光纤(而其传播速度近于相等的为低双折射光纤)；能传输圆偏振光的光纤则称为圆双折射光纤。 按制造的材料分，光纤有：①高纯度熔石英光纤，其特点是材料的光传输损耗低，有的波长可低到0.2dB/km，一般小于1dB/km；②多组分玻璃纤维，其特点是芯- 范围内变化，因而有利于制造大数值孔径的光纤，但材料损耗大，在可见光波段一般为1dB/m；③塑料光纤，其特点是成本低，缺点是材料损耗大，温度性能较差；④红外光纤，其特点是可透过近红外(1~5pm)或中红外(5~10pm)的光波；⑤液芯光纤，特点是纤芯为液体，因而可满足特殊需要；⑥晶体光纤，特点是纤芯为单晶，可用于制造各种有源和无源光纤器件。
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