光纖感測原理與套用

《光纖感測原理與套用》是2023年電子工業出版社出版的圖書，作者是尚盈、王晨、黃勝。

基本介紹

• 中文名：光纖感測原理與套用
• 作者：尚盈、王晨、黃勝
• 出版社：電子工業出版社
• 出版時間：2023年2月
• 頁數：276 頁
• 定價：59.00 元
• 開本：16 開
• ISBN：9787121450518

內容簡介

本書從實用性和先進性出發，較全面地介紹光纖感測的基礎理論和光纖感測在各領域的套用。全書共8章，主要內容包括：光纖技術基礎、光學效應、光纖無源器件、光纖有源器件、光纖解調技術、分立式光纖感測器、分散式光纖感測器、光纖感測技術的套用。本書提供配套的電子課件PPT、習題參考答案等。本書可以作為高等院校光學專業的相關課程的教材，也可供相關領域的工程技術人員學習、參考。

圖書目錄

第1章 光纖技術基礎 1

1．1 光纖的結構與分類 1

1．1．1 光纖的結構 1

1．1．2 光纖的分類 2

1．2 光纖的導光原理 4

1．2．1 光在介質分界面上的全反射 5

1．2．2 光線在光纖中的傳播 5

1．2．3 光波在光纖中的傳播 9

1．3 光纖的損耗特性 12

1．3．1 光纖的損耗係數 13

1．3．2 吸收損耗 13

1．3．3 散射損耗 14

1．3．4 輻射損耗 15

1．4 光纖的色散特性 15

1．4．1 時延差和色散係數 16

1．4．2 材料色散和波導色散 17

1．4．3 模間色散 18

1．4．4 光纖的傳輸頻寬 19

1．5 光纖的偏振特性與雙折射效應 21

1．5．1 單模光纖的理想偏振特性與雙折射效應 21

1．5．2 保偏光纖的理想偏振特性與雙折射效應 22

1．5．3 純單模光纖的雙模態 22

1．6 光纖的非線性特性 23

1．6．1 非線性折射 24

1．6．2 受激非彈性散射 25

1．6．3 參量過程與四波混頻 27

1．6．4 光學孤子 28

1．7 光纜基礎知識 29

1．7．1 光纜結構的基本要求 29

1．7．2 光纜按結構分類 30

1．7．3 光纜的其他類型 30

1．7．4 光纜的型號 32

課後習題 34

參考文獻 34

第2章 光學效應 35

2．1 光學都卜勒效應 35

2．2 聲光效應 36

2．3 磁光效應 37

2．3．1 法拉第效應 37

2．3．2 克爾磁光效應 38

2．3．3 磁光效應的套用 39

2．4 電光效應 40

2．4．1 泡克耳斯效應 41

2．4．2 基於電光效應的光纖電壓感測技術 42

2．4．3 一種基於電光效應的光纖電壓感測器 46

2．5 彈光效應 46

2．6 薩尼亞克效應 47

2．6．1 圓形光軌道的情況 47

2．6．2 任意形狀光軌道的情況 48

2．6．3 光纖陀螺的原理 50

2．7 光聲效應 52

2．7．1 液體光聲效應的雷射激發機制 52

2．7．2 液體光聲效應的套用 53

課後習題 55

參考文獻 55

第3章 光纖無源器件 57

3．1 光纖連線器 57

3．1．1 光纖連線器的基本原理和結構 57

3．1．2 光纖與光纖的連線損耗 59

3．1．3 光纖連線器的技術指標 60

3．2 光纖耦合器 61

3．2．1 光纖耦合器概述 61

3．2．2 熔錐型光纖耦合器 61

3．2．3 光纖耦合器的技術指標 62

3．3 波分復用器 63

3．3．1 波分復用器概述 63

3．3．2 角色散型波分復用器 64

3．3．3 干涉型波分復用器 64

3．3．4 光纖耦合器型波分復用器 64

3．3．5 其他類型的波分復用器 65

3．3．6 波分復用器的技術指標 65

3．4 光纖濾波器 66

3．4．1 干涉濾波器 66

3．4．2 光纖馬赫-曾德爾（M-Z）濾波器 66

3．4．3 光纖法布里-珀羅（F-P）濾波器 67

3．5 光隔離器 68

3．5．1 光隔離器的功能及原理 68

3．5．2 光隔離器的技術指標 70

3．5．3 光隔離器的套用 70

3．6 光環形器 70

3．6．1 光環形器的功能及原理 70

3．6．2 光環形器的技術指標 72

3．7 光衰減器 72

3．7．1 光衰減器概述 72

3．7．2 光衰減器的分類 72

3．7．3 固定式光衰減器與可變光衰減器 73

3．7．4 光衰減器的技術指標 73

3．8 光開關 74

3．8．1 光開關概述 74

3．8．2 機械式光開關 74

3．8．3 非機械式光開關 75

3．8．4 光開關的技術指標及特性參數 75

3．9 偏振控制器 76

3．9．1 偏振控制器概述 76

3．9．2 偏振控制器的基本原理 76

課後習題 78

參考文獻 78

第4章 光纖有源器件 80

4．1 光纖有源器件簡介 80

4．2 半導體光源 81

4．2．1 半導體光源的基本原理 81

4．2．2 發光二極體（LED） 82

4．2．3 雷射二極體（LD） 84

4．2．4 PIN型光電二極體（PIN-PD） 86

4．2．5 雪崩光電二極體（APD） 88

4．3 光纖雷射器 88

4．3．1 光纖雷射器的基本原理 88

4．3．2 單頻半導體雷射器 89

4．3．3 摻稀土光纖雷射器 90

4．3．4 光纖非線性效應雷射器 96

4．4 光纖放大器 97

4．4．1 摻鉺光纖概述 98

4．4．2 摻鉺光纖的放大特性 98

4．4．3 光纖放大器的性能指標 100

4．4．4 放大自發輻射（ASE）光源 103

4．4．5 光纖非線性效應放大器 107

4．4．6 寬頻光纖放大器 108

課後習題 109

參考文獻 109

第5章 光纖解調技術 112

5．1 強度解調 112

5．1．1 光柵匹配法 113

5．1．2 邊緣濾波法 115

5．1．3 光柵啁啾法 116

5．1．4 雷射匹配法 117

5．1．5 射頻探測法 117

5．2 波長解調 118

5．2．1 干涉解調法 119

5．2．2 濾波解調法 121

5．3 頻率解調 123

5．4 相位解調 124

5．4．1 干涉儀的信號解調 124

5．4．2 3×3耦合器解調法 128

5．4．3 相位產生載波（PGC）解調法 130

5．4．4 數字正交相位解調（I/Q解調）法 134

5．5 偏振態解調 138

5．5．1 偏振基礎理論 138

5．5．2 偏振拍頻調控 140

5．5．3 偏振解復用 141

課後習題 143

參考文獻 143

第6章 分立式光纖感測器 147

6．1 強度調製型光纖感測器 147

6．1．1 反射式強度調製 148

6．1．2 透射式強度調製 149

6．1．3 微彎調製 150

6．1．4 折射率強度調製 151

6．1．5 光吸收係數調製 152

6．1．6 光學相干層析術 152

6．2 波長調製型光纖感測器 153

6．2．1 波長調製型光纖感測器的基本原理 153

6．2．2 光纖內腔感測技術 154

6．3 頻率調製型光纖感測器 154

6．4 相位調製型光纖感測器 155

6．4．1 相位調製型光纖感測器的基本原理 155

6．4．2 相位調製光纖感測的基本原理 156

6．4．3 光纖陀螺感測技術 158

6．4．4 光纖法布里-珀羅（F-P）感測器 159

6．5 偏振調製中的常用物理效應 160

6．5．1 彈光效應 160

6．5．2 法拉第效應 161

6．5．3 泡克耳斯效應 162

6．5．4 克爾效應 162

6．6 光纖光柵感測技術 162

6．6．1 光纖光柵分類 162

6．6．2 光纖布拉格光柵（FBG）感測器 164

6．6．3 光纖光柵感測器 165

課後習題 166

參考文獻 166

第7章 分散式光纖感測器 169

7．1 基於後向散射的分散式光纖感測原理 169

7．1．1 基於瑞利散射的分散式光纖感測原理 170

7．1．2 基於拉曼散射的分散式光纖感測原理 171

7．1．3 基於布里淵散射的分散式光纖感測原理 172

7．2 基於瑞利散射的全分散式光纖感測技術 174

7．2．1 光時域反射（OTDR）技術與相敏感型的光時域反射（φ-OTDR）

技術 174

7．2．2 相干光時域反射（COTDR）技術 176

7．2．3 偏振光時域反射（POTDR）技術 179

7．2．4 光頻域反射（OFDR）技術 185

7．3 基於拉曼散射的全分散式光纖感測技術 187

7．3．1 基於拉曼散射的光纖溫度感測器的原理 187

7．3．2 拉曼光時域反射（ROTDR）技術 188

7．3．3 拉曼光頻域反射（ROFDR）技術 191

7．4 基於布里淵散射的全分散式光纖感測技術 193

7．4．1 布里淵光時域反射（BOTDR）技術 193

7．4．2 布里淵光時域分析（BOTDA）技術 202

7．4．3 布里淵光頻域分析（BOFDA）技術 207

7．5 基於干涉原理的分散式光纖感測技術 210

7．5．1 基於邁克耳孫干涉儀的分散式光纖感測技術 210

7．5．2 基於馬赫-曾德爾（M-Z）干涉儀的分散式光纖感測技術 211

7．5．3 基於薩尼亞克干涉儀的分散式光纖感測技術 211

7．5．4 基於複合型干涉儀的分散式光纖感測技術 212

課後習題 213

參考文獻 213

第8章 光纖感測技術的套用 217

8．1 光纖感測技術在電力領域的套用 217

8．1．1 技術背景 217

8．1．2 光纖感測系統的設計 218

8．1．3 變壓器光纖局部放電監測系統 219

8．1．4 智慧型變電站全光纖監測套用實例 220

8．1．5 高壓電纜分散式光纖溫度監測系統（DTS） 221

8．1．6 分散式光纖感測器在電力系統中的套用 222

8．2 光纖感測技術在油氣資源領域的套用 224

8．2．1 技術背景 224

8．2．2 分立式光纖感測器在油氣資源領域的套用 225

8．2．3 分散式光纖感測器在油氣資源領域的套用 227

8．3 光纖感測技術在管道泄漏監測領域的套用 233

8．3．1 技術背景 233

8．3．2 分立式光纖感測器 233

8．3．3 分散式光纖測溫的原理 234

8．3．4 技術優勢 236

8．3．5 系統組成及實施 236

8．3．6 套用案例 237

8．4 光纖感測技術在煤田、礦山領域的套用 240

8．4．1 技術背景 240

8．4．2 分立式光纖感測器在煤田、礦山領域的套用 240

8．4．3 分散式光纖感測器在煤田、礦山領域的套用 243

8．4．4 煤礦安全生產光纖綜合監測系統 245

8．5 光纖感測技術在結構安全健康監測領域的套用 245

8．5．1 分立式光纖感測技術在橋樑安全健康監測領域的套用 245

8．5．2 分散式光纖感測技術在橋樑安全健康監測領域的套用 247

8．6 光纖感測技術在醫療領域的套用 248

8．6．1 光纖感測技術在中醫脈象信息診斷中的套用 248

8．6．2 光纖感測技術在葡萄糖檢測中的套用 249

8．6．3 光纖感測技術在血流速度檢測中的套用 252

8．6．4 光纖感測技術在醫療領域的其他套用 253

8．7 光纖感測技術在地質勘探領域的套用 254

8．7．1 技術背景 254

8．7．2 分立式光纖感測器在地質勘探領域的套用 254

8．7．3 分散式光纖感測器在地質勘探領域的套用 256

課後習題 258

參考文獻 259