光纖傳感技術

本書系統地介紹了光纖傳感器的原理、技術和應用。全書共9章，第1章介紹光纖傳感技術的基本概念，包括光纖、光纖傳感器件、光纖傳感器光學原理和光纖傳感器概述；第2章介紹光纖傳感器系統；第3~8章介紹六類典型傳感器的原理、技術和應用，包括強度調製型光纖傳感器、波長調製型光纖傳感器、相位調製型光纖傳感器、偏振態調製型光纖傳感器、分佈式光纖傳感器和光纖光柵傳感器；第9章介紹光纖傳感器在温度測量領域的應用。

本書可作為高等院校光纖傳感技術、光電子技術、光纖通信和檢測技術等專業的本科生和碩士研究生教材，也可供工程技術人員和高校相關專業師生參考。 ^[1] 

第1章 光纖傳感技術的基本概念 （1）

1.1 光纖的基本概念 （1）

1.1.1 光纖的結構 （1）

1.1.2 光纖的分類 （2）

1.1.3 光纖的主要特性 （4）

1.2 光纖傳感器概述 （4）

1.2.1 光纖傳感器的定義 （4）

1.2.2 光纖傳感器的分類 （5）

1.3 光纖傳感器的工作原理 （8）

1.3.1 光電/電光效應 （8）

1.3.2 磁光效應 （9）

1.3.3 聲光效應 （10）

1.3.4 彈光效應 （11）

1.3.5 其他光學效應 （14）

1.4 光纖傳感器件 （19）

1.4.1 光纖連接器 （19）

1.4.2 光纖耦合器 （21）

1.4.3 波分複用器 （23）

1.4.4 光開關 （24）

1.4.5 光隔離器 （26）

1.4.6 光環形器 （27）

1.4.7 光纖光柵 （29）

1.4.8 偏振控制器 （32）

參考文獻 （33）

第2章 光纖傳感系統 （35）

2.1 光纖傳感技術概述 （35）

2.1.1 光纖傳感器的基本組成及原理 （35）

2.1.2 光纖傳感器的特點 （36）

2.1.3 光纖傳感器的研究現狀 （36）

2.2 光源 （37）

2.2.1 發光二極管 （37）

2.2.2 激光二極管 （39）

2.3 光探測器 （46）

2.3.1 光探測器的基本原理 （46）

2.3.2 光探測器的主要特性 （48）

2.4 光纖的耦合技術 （50）

2.4.1 光纖和光源的耦合 （50）

2.4.2 光纖和光纖的直接耦合 （51）

2.4.3 多模光纖通過透鏡耦合 （52）

參考文獻 （52）

第3章 強度調製型光纖傳感器 （53）

3.1 強度調製傳感原理 （53）

3.2 強度調製型光纖傳感器的補償技術 （53）

3.2.1 光橋平衡補償技術及其改進方法 （54）

3.2.2 雙光路法補償技術 （57）

3.2.3 雙波長法(雙頻法)補償技術 （58）

3.2.4 Culshaw網絡法補償技術 （58）

3.2.5 Beheim網絡法補償技術 （58）

3.2.6 四端網絡法補償技術 （59） ^[1] 

3.3 強度調製型光纖傳感器的類型及應用實例 （59）

3.3.1 強度調製型光纖傳感器的類型 （59）

3.3.2 強度調製型光纖傳感器的應用實例 （67）

參考文獻 （71）

第4章 波長調製型光纖傳感器 （73）

4.1 波長調製型光纖傳感器的原理和結構 （73）

4.1.1 波長調製型光纖傳感器的原理 （73）

4.1.2 波長調製型光纖傳感器的結構 （73）

4.2 傳光型波長調製光纖傳感器的調製方法 （74）

4.2.1 波長調製機理 （74）

4.2.2 光纖pH值傳感器 （75）

4.2.3 光纖磷光傳感器 （75）

4.2.4 光纖黑體温度計 （77）

4.3 波長調製型光纖傳感信號的解調方法 （78）

4.3.1 直接解調系統 （78）

4.3.2 窄帶激光激射掃描系統 （78）

4.3.3 寬帶光源濾波掃描系統 （79）

4.3.4 線性邊帶濾波法 （80）

4.3.5 干涉解調系統 （81）

參考文獻 （83）

第5章 相位調製型光纖傳感器 （84）

5.1 相位調製型光纖傳感器和光纖相位調製的原理 （84）

5.1.1 相位調製型光纖傳感器的基本原理 （84）

5.1.2 光纖相位調製的基本原理 （85）

5.2 光纖干涉儀的類型 （87）

5.2.1 邁克爾遜光纖干涉儀 （87）

5.2.2 馬赫澤德爾光纖干涉儀 （88）

5.2.3 薩格納克光纖干涉儀 （89）

5.2.4 法布里珀羅光纖干涉儀 （90）

5.3 相位調製型光纖傳感器的信號解調技術 （91）

5.3.1 零差法 （91）

5.3.2 2×2耦合器構成的無源零差解調方法 （92）

5.3.3 基於3×3光纖耦合器的零差解調法 （93）

5.3.4 2×2和3×3耦合器結合的無源零差解調方法 （94）

5.3.5 針對振動幅度較大的信號進行相位解調的方法 （95）

5.3.6 相位檢測中的幾個問題 （98）

5.4 光纖干涉儀的傳感應用實例 （100）

5.4.1 邁克爾遜光纖干涉儀的應用舉例 （100）

5.4.2 馬赫澤德爾光纖干涉儀的應用舉例 （105）

5.4.3 薩格納克光纖干涉儀的應用舉例 （107）

參考文獻 （109） ^[1] 

第6章 偏振態調製型光纖傳感器 （111）

6.1 偏振態調製型傳感原理 （111）

6.1.1 彈光效應 （111）

6.1.2 Pockels效應 （112）

6.1.3 Kerr效應 （112）

6.1.4 Faraday效應 （114）

6.2 偏振態調製光纖傳感器應用實例 （115）

6.2.1 光纖電流傳感器 （115）

6.2.2 BSO晶體光纖電場傳感器 （116）

參考文獻 （118）

第7章 分佈式光纖傳感器 （119）

7.1 時域分佈式光纖傳感器的工作原理 （119）

7.1.1 光纖中的後向散射理論 （120）

7.1.2 OTDR技術 （121）

7.1.3 瑞利散射型分佈式光纖傳感技術 （122）

7.1.4 基於拉曼散射的分佈式光纖傳感技術 （123）

7.1.5 布里淵散射型分佈式光纖傳感技術 （123）

7.1.6 多種分佈式温度傳感方法的比較 （126）

7.1.7 FBG和BOTDR性能比較 （127）

7.2 分佈式光纖傳感器傳感信號的解調方法 （127）

7.2.1 前言 （127）

7.2.2 FBG的解調原理 （127）

7.2.3 分佈式FBG傳感器波長檢測方法 （128）

7.3 其他(準)分佈式光纖傳感器——光纖法珀傳感器 （132）

7.3.1 光纖法珀傳感器的分類及特點 （134）

7.3.2 光纖法珀傳感器的複用 （136）

7.4 分佈式光纖傳感器的應用 （138）

參考文獻 （140）

第8章 光纖光柵傳感器 （141）

8.1 光纖光柵傳感器的原理 （142）

8.2 光纖光柵傳感器的特性 （143）

8.2.1 摻鍺光纖的紫外（UV）吸收譜 （143）

8.2.2 摻鍺光纖的紫外光激折射率變化 （145）

8.2.3 提高光纖光敏性的方法 （146）

8.3 光纖光柵傳感器的相關技術 （146）

8.3.1 靜態解調方法 （147）

8.3.2 動態解調方法 （150）

8.3.3 光纖光柵傳感器網絡 （155）

8.3.4 光纖光柵傳感網絡的複用技術 （156）

8.4 光纖光柵傳感器的製作 （165）

8.4.1 橫向干涉法 （165）

8.4.2 相位掩模法 （166）

8.4.3 逐點寫入法 （167）

8.4.4 相位掩模投影成柵法 （167）

8.4.5 長週期光柵製作法 （168）

8.4.6 啁啾光柵製作法 （168）

8.5 光纖光柵温度傳感器 （169）

參考文獻 （175）

第9章 光纖傳感器在温度測量領域的應用 （176）

9.1 光纖温度傳感器測量温度的原理 （176）

9.1.1 光纖温度傳感器的原理 （178）

9.1.2 光纖温度傳感器應用 （180）

9.2 光纖温度傳感器在冶金領域中的應用 （183）

9.2.1 接觸式測量 （184）

9.2.2 非接觸式測量 （184）

參考文獻 （184） ^[1]