光纖感測技術與應用

《光纖感測技術與應用》選材廣泛，既反映了光纖感測技術的最新發展，又有一定深度。《光纖感測技術與應用》可作為高校物理電子和光電子、光學、光學儀器等專業的本科生和研究生的教材或參考書，也可供相關專業技術人員選用和設計光纖感測器時參考。

1 光纖感測器

1.1 概述

1.1.1 光纖感測器的定義及分類

1.1.2 光纖感測器的特點

1.2 振幅調製感測型光纖感測器

1.2.1 光纖微彎感測器

1.2.2 光纖受抑全內反射感測器

1.2.3 光纖輻射感測器

1.3 相位調製感測型光纖感測器

1.3.1 引言

1.3.2 光纖M?Z干涉儀和光纖Michelson干涉儀

1.3.3 光纖Sagnac干涉儀

1.3.4 光纖Fabry?Perot干涉儀

1.3.5 光纖環形腔干涉儀

1.3.6 白光干涉型光纖感測器

1.3.7 光纖干涉儀的感測應用

1.4 偏振態調製型光纖感測器

1.4.1 光纖電流感測器

1.4.2 光纖偏振干涉儀

1.5 波長調製型光纖感測器

1.5.1 引言

1.5.2 光纖光柵的分類

1.5.3 光纖布拉格光柵感測原理

1.5.4 光纖布拉格光柵在光纖感測領域中的典型應用

1.5.5 長周期光纖光柵在感測領域的應用

1.5.6 光纖光柵折射率感測技術

1.6 光纖熒光溫度感測器

1.6.1 光纖熒光溫度感測原理

1.6.2 熒光壽命測溫

1.6.3 熒光強度比測溫

1.6.4 熒光感測材料

1.6.5 熒光測溫系統

1.6.6 熒光測溫系統在工業界的應用

1.7 分散式光纖感測器

1.7.1 概述

1.7.2 散射型分散式光纖感測器

1.7.3 偏振型分散式光纖感測器

1.7.4 相位型分散式光纖感測器

1.7.5 微彎型分散式光纖感測器

1.7.6 熒光型分散式光纖感測器

1.7.7 應用

1.8 聚合物光纖感測器

1.8.1 概述

1.8.2 多模聚合物光纖感測器及其應用

1.9 光子晶體光纖及其在感測中的應用

1.9.1 概述

1.9.2 光子晶體光纖在感測中的應用

1.9.3 高雙折射光子晶體光纖

1.9.4 雙模光子晶體光纖感測器

1.9.5 摻雜的微結構聚合物光纖感測器

1.9.6 其他感測應用

1.1 0傳光型光纖感測器

1.1 0.1 振幅調製傳光型光纖感測器

1.1 0.2 相位調製傳光型光纖感測器

1.1 0.3 偏振態調製傳光型光纖感測器

1.1 1光纖感測技術的發展趨勢及課題

1.1 2小結

思考題與習題

參考文獻

2 多感測器的光網路技術

2.1 概述

2.2 光纖網路的連接技術

2.2.1 網路損耗的主要來源

2.2.2 光網路常用無源及有源光纖器件

2.3 光網路技術

2.3.1 可用於構成光感測網的感測器

2.3.2 成網技術

2.4 光感測網實例——光纖光柵在感測中的應用

2.4.1 光纖光柵在感測應用中需考慮的一般問題

2.4.2 光纖光柵感測網路

2.5 小結

思考題與習題

參考文獻

3 光電感測器中的光纖技術

3.1 概述

3.2 光纖的基本特性

3.3 均勻折射率光纖的特性

3.3.1 子午光線的傳播

3.3.2 斜光線的傳播

3.3.3 光纖的彎曲

3.3.4 光纖端面的傾斜效應

3.3.5 圓錐形光纖

3.4 光纖的損耗

3.4.1 吸收損耗

3.4.2 散射損耗

3.5 光纖的色散

3.6 光纖的耦合技術

3.6.1 光纖和光源的耦合

3.6.2 光纖和光纖的直接耦合

3.6.3 多模光纖通過透鏡耦合

3.7 光纖中光波的控制技術

3.7.1 光纖偏振器

3.7.2 光纖濾波器

3.7.3 光纖光柵

3.7.4 光隔離器

3.7.5 光調製器

3.8 小結

思考題與習題

參考文獻

4 光感測信號處理技術

4.1 概述

4.2 相位調製型光感測器的信號解調技術

4.2.1 雙光束干涉理論

4.2.2 干涉儀的信號解調

4.3 光纖鎖相環法

4.3.1 光纖鎖相環的原理

4.3.2 光纖鎖相環系統的理論分析

4.3.3 小結

4.4 相位生成載波方法

4.4.1 概述

4.4.2 PGC方法原理

4.4.3 PGC方法注意事項

4.4.4 PGC信號頻譜分析

4.4.5 PGC兩種方案的比較

4.4.6 小結

4.5 外差法

4.5.1 概述

4.5.2 外差法原理

4.5.3 外差法頻譜分析

4.5.4 外差法的優缺點和注意事項

4.5.5 小結

4.6 干涉型光纖感測器復用解復用方法

4.6.1 概述

4.6.2 頻分復用

4.6.3 時分復用

4.6.4 時分？波分復用

4.7 小結

思考題與習題

參考文獻

5 光感測器的封裝技術

5.1 概述

5.2 光感測器的封裝方式

5.2.1 機械固定式

5.2.2 膠粘固定式

5.2.3 焊接固定式

5.2.4 金屬焊固定式

5.3 光器件封裝實例

5.3.1 同軸封裝

5.3.2 蝶式封裝

5.3.3 帶尾纖全金屬化封裝

5.3.4 Mini?DiL封裝

5.3.5 無源對準技術

5.4 石英平面光路器件的封裝技術

5.4.1 PLC封裝技術

5.4.2 各種PLC組件封裝技術

5.5 光表面安裝技術

5.5.1 光表面安裝技術的基本結構與特點

5.5.2 光表面安裝技術的研究進展

5.6 小結

思考題與習題

參考文獻

6 多感測器信息融合技術

6.1 概述

6.2 多感測器信息融合的基本原理

6.3 多感測器信息融合的系統結構

6.3.1 檢測級融合結構

6.3.2 位置級融合結構

6.3.3 目標識別級融合結構

6.4 多感測器信息融合的理論方法

6.4.1 模型建立

6.4.2 實際系統的性能優化工具和方法

6.4.3 感測器系統及其神經網路學習演演算法的應用

6.5 多感測器數據融合的典型應用

6.5.1 基於感測器融合的反潛戰

6.5.2 在線水質監測

6.5.3 多感測器直線度誤差測量與分離技術

6.6 小結

思考題與習題

參考文獻

…

信息的提取——感測技術是信息化時代的重要內容之一。光纖感測則是21世紀感測技術的一個重要領域，其發展直接影響到許多行業的進步。但是目前缺少一本較全面反映光纖感測技術進展的教材。這本教材能夠使讀者既能了解光纖感測器的基本理論，又能使學生通過此教材的學習，在今後的創新工作中，能為光纖感測器的選用和設計打下一個良好的基礎。編者希望根據自己和所在的課題組近三十年的從事光學、光電子學以及光纖感測器方面的教學和科學研究的經驗，能對此做一些微薄的貢獻。

本書較全面地介紹了光纖感測技術與典型應用，其中包括光纖感測器的基本原理，光纖感測器的網路技術，光纖感測器中的光纖技術，相位型光纖感測器的信號處理技術，光纖感測器的封裝技術，多感測器的融合技術，以及光纖感測器在電力、石油與化工、生醫生化、航空航天、國防、環境保護與監測等領域的應用。

本書編寫的目的有二：一為教材，二為參考書。作為教材，書中內容可按教學大綱有所取捨。其中光纖感測器的基本原理和光纖感測器的關鍵技術（網路技術、光纖技術、信號處理技術、封裝技術、多感測器的融合技術）可作為基本內容，重點講述；而光纖感測器的典型應用，則作為一般了解內容，可做簡要介紹，也可作為自學內容，目的是擴大眼界。建議課上，教師以講清楚物理概念為主，使學生了解各類光感測器的基本原理，其餘可作為自學的閱讀材料。也可採取學生自學有關材料后，以綜述報告的形式進行交流，為學生在今後工作中選用或設計所需的感測器打下必要的基礎。作為參考書，本書可作為各領域相關讀者系統而全面地了解光感測器的參考讀物。

本書的主要特點可歸納為：

（1）本書較全面、簡要地介紹了各類光電信息感測器，不僅包括傳統的光電感測器，還包括光纖感測器、全息干涉感測器、散斑干涉感測器、熒光感測器、衍射感測器，以及近代出現的光層析感測器、波前感測器、MEMS感測器、納米感測器等。

（2）本書著重討論一些重要的光電感測器的原理——其物理模型的建立過程和結果的分析，著重在物理概念及其數學表達方式，便於讀者在今後工作過程中能自己建立有關感測過程的物理模型，對所得感測結果能給予正確、合理的解釋。

（3）本書選材不僅較全面地介紹了光纖感測技術，還根據編者多年科研和教學工作的經驗，給讀者提供了：對於不同的使用環境，如何選用和設計光電感測器，在使用和設計中應如何考慮實際使用中的一些問題，如何研究和開發新的光電感測器，以滿足工作的需要。

參加本書編寫的有：匡武博士，負責編寫第4章；黎敏教授，負責編寫第7章、第9章和第10章；張敏副教授，負責編寫第6章、第8章、第11章和第12章；第2章和第3章由廖延彪和黎敏共同完成，其餘由廖延彪編寫。全書由廖延彪定稿。

本書得以出版，要感謝課題組的同仁賴淑蓉老師以及家人給予的大力支持和幫助。

本書內容涉及面廣，由於編者知識有限，書中缺點和錯誤在所難免，懇請讀者批評指正。