高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版）

内容简介

《高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版）》系统地讨论了光纤测量和光纤传感器的基本原理、方法、实现及应用。《光纤测量与传感技术》选材合理，基本概念清楚，叙述深入浅出，理论密切结合实际，内容新颖。主要内容包括光纤的基本原理，光纤系统转换器和元件连接，光纤衰减和色散测量，光纤传感器基本原理，光纤传感器应用——机械量传感器、热工量传感器、电磁量传感器、医用传感器和监测大气污染传感器。《光纤测量与传感技术》以光纤测量与传感的原理、方法和应用为主线，力求有一定的性和实用性，从而开阔读者的眼界，并对光纤测量与传感有一个全面、深入的了解。
　　《高等学校“十一五”规划教材·电子与通信工程系列：光纤测量与传感技术（第3版）》可作为高等院校测量技术及仪器、通信工程、电子科学及技术专业的本科生和研究生的教材，也可供有关科研人员、工程技术人员及教师参考。

目录

第一章 光纤的基本原理
1.1 引言
1.2 光纤波导的原理
1.3 光纤的分类
1.4 光纤的特性
1.5 光纤的衰减机理
1.6 光纤的色散机理
第二章 光纤系统转换器和元件连接
2.1 引言
2.2 电光转换器——光源
2.3 光电转换器——光探测器
2.4 光纤连接器和固定接头
2.5 光纤定向耦合器
第三章 光纤衰减测量
3.1 引言
3.2 衰减测量的光激励
3.3 剪断法
3.4 插入损耗法
3.5 背向散射法
3.6 光时域反射计
3.7 光频域反身计
第四章 光纤色散测量
4.1 引言
4.2 时域法
4.3 频域法
4.4 时域法和频域法的比较
第五章 光纤传感器基本原理
第六章 光纤机械量传感器
第七章 光纤热工量传感器
第八章 光纤电磁量传感器
第九章 医用光纤传感器
第十章 监测大气污染光纤传感器
参考文献

摘要与插图

要测量光纤的特性，开发光纤的应用，必须对光纤波导的原理及其重要的光学特性有基本的了解。本章先介绍光纤波导的基本原理及其分类，然后讨论光纤的各种特性，重点讨论传输特性（即光学特性），包括衰减和色散，介绍光纤元件（接头、连接器等）的特点及在系统中应用时的要求。
　　1.2光纤波导的原理
　　光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。通常，它是由高纯度的石英玻璃为主掺少量杂质锗（Ge）、硼（B）、磷（P）等的材料制成的细长的圆柱形，细如发丝（通常直径为几微米到几百微米）。实用的结构有两个同轴区，内区称为纤芯，外区称为包层。通常，在包层外面还有一层起支撑保护作用的套层。
　　因为光是电磁波，所以光在光纤中的传输可用麦克斯韦波动方程来分析。当光纤的断面尺寸比光波长大得多时，可用射线的概念来处理。
　　射线光学的基本关系式是有关其反射和折射的菲涅耳（Fvesnel）定律。
　　全反射现象是光纤传输的基础。现在，我们来看一根具体的光纤，纤芯折射率n1大于包层折射率n2，n0为空气折射率。为分析方便，我们讨论光线为子午光线的情况。子午光线是指在子午平面上传播的光线。子午平面是与纤轴相交且与纤壁垂直的所有平面。在光纤内传播的子午光线，简称内光线，遇到纤芯与包层的分界面的入射角大于θc时，才能保证光线在纤芯内产生多次全反射，使光线沿光纤传输。然而，内光线的入射角大小又取决于从空气中入射的光束进入纤芯所产生的折射角θt，因此，空气和纤芯界面上入射光的入射角θi就限定了光能否在光纤中以全反射形式传输。
　　与内光线入射角的临界角θc相对应，光纤入射光的入射角θi有一个值θmax0当θi≤θmax时，入射光在光纤内将以大于或等于θc的入射角在纤芯和包层界面上产生多次的全反射。当光线以θi>θmax入射到端面上时，内光线将以小于θc的入射角投射到纤芯和包层界面上。这样的光线，由于每次射到界面上只是部分反射，故很快就会漏出光纤。因此，θmax确定了光纤的接收锥半角。下面讨论θmax的确定。
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