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尚盈 / 电子工业出版社 / 2023-02 / 其他
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光纤传感原理与应用
本书从实用性和先进性出发,较全面地介绍光纤传感的基础理论和光纤传感在各领域的应用。全书共8章,主要内容包括:光纤技术基础、光学效应、光纤无源器件、光纤有源器件、光纤解调技术、分立式光纤传感器、分布式光纤传感器、光纤传感技术的应用。本书提供配套的电子课件PPT、习题参考答案等。本书可以作为高等院校光学专业的相关课程的教材,也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
尚盈,博士毕业于北京航空航天大学光学工程专业,齐鲁工业大学(山东省科学院)研究员,山东省泰山学者青年专家,中国光学工程学会高级会员,中国地球物理学会智慧管网专业委员会委员,山东省光学工程学会委员,山东省高层次人才发展促进会先进制造专业委员会委员,济宁市自然科学学科带头人,济宁市工业和信息化局工业经济发展顾问,“231”产业集群发展咨询专家。发表SCI/EI收录论文17篇,授权发明专利22项,其中国外发明专利9项;发布团体标准2项;获得山东省专利一等奖1项、山东省科技进步奖二等奖1项、山东省高等学校科学技术奖1项、山东省技术发明奖一等奖等省市级科技成果奖8项。
第1章 光纤技术基础1 1.1 光纤的结构与分类1 1.1.1 光纤的结构1 1.1.2 光纤的分类2 1.2 光纤的导光原理4 1.2.1 光在介质分界面上的全反射5 1.2.2 光线在光纤中的传播5 1.2.3 光波在光纤中的传播9 1.3 光纤的损耗特性12 1.3.1 光纤的损耗系数13 1.3.2 吸收损耗13 1.3.3 散射损耗14 1.3.4 辐射损耗15 1.4 光纤的色散特性15 1.4.1 时延差和色散系数16 1.4.2 材料色散和波导色散17 1.4.3 模间色散18 1.4.4 光纤的传输带宽19 1.5 光纤的偏振特性与双折射效应21 1.5.1 单模光纤的理想偏振特性与双折射效应21 1.5.2 保偏光纤的理想偏振特性与双折射效应22 1.5.3 纯单模光纤的双模态22 1.6 光纤的非线性特性23 1.6.1 非线性折射24 1.6.2 受激非弹性散射25 1.6.3 参量过程与四波混频27 1.6.4 光学孤子28 1.7 光缆基础知识29 1.7.1 光缆结构的基本要求29 1.7.2 光缆按结构分类30 1.7.3 光缆的其他类型30 1.7.4 光缆的型号32 课后习题34 参考文献34 第2章 光学效应35 2.1 光学多普勒效应35 2.2 声光效应36 2.3 磁光效应37 2.3.1 法拉第效应37 2.3.2 克尔磁光效应38 2.3.3 磁光效应的应用39 2.4 电光效应40 2.4.1 泡克耳斯效应41 2.4.2 基于电光效应的光纤电压传感技术42 2.4.3 一种基于电光效应的光纤电压传感器46 2.5 弹光效应46 2.6 萨尼亚克效应47 2.6.1 圆形光轨道的情况47 2.6.2 任意形状光轨道的情况48 2.6.3 光纤陀螺的原理50 2.7 光声效应52 2.7.1 液体光声效应的激光激发机制52 2.7.2 液体光声效应的应用53 课后习题55 参考文献55 第3章 光纤无源器件57 3.1 光纤连接器57 3.1.1 光纤连接器的基本原理和结构57 3.1.2 光纤与光纤的连接损耗59 3.1.3 光纤连接器的技术指标60 3.2 光纤耦合器61 3.2.1 光纤耦合器概述61 3.2.2 熔锥型光纤耦合器61 3.2.3 光纤耦合器的技术指标62 3.3 波分复用器63 3.3.1 波分复用器概述63 3.3.2 角色散型波分复用器64 3.3.3 干涉型波分复用器64 3.3.4 光纤耦合器型波分复用器64 3.3.5 其他类型的波分复用器65 3.3.6 波分复用器的技术指标65 3.4 光纤滤波器66 3.4.1 干涉滤波器66 3.4.2 光纤马赫-曾德尔(M-Z)滤波器66 3.4.3 光纤法布里-珀罗(F-P)滤波器67 3.5 光隔离器68 3.5.1 光隔离器的功能及原理68 3.5.2 光隔离器的技术指标70 3.5.3 光隔离器的应用70 3.6 光环形器70 3.6.1 光环形器的功能及原理70 3.6.2 光环形器的技术指标72 3.7 光衰减器72 3.7.1 光衰减器概述72 3.7.2 光衰减器的分类72 3.7.3 固定式光衰减器与可变光衰减器73 3.7.4 光衰减器的技术指标73 3.8 光开关74 3.8.1 光开关概述74 3.8.2 机械式光开关74 3.8.3 非机械式光开关75 3.8.4 光开关的技术指标及特性参数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 课后习题78 参考文献78 第4章 光纤有源器件80 4.1 光纤有源器件简介80 4.2 半导体光源81 4.2.1 半导体光源的基本原理81 4.2.2 发光二极管(LED)82 4.2.3 激光二极管(LD)84 4.2.4 PIN型光电二极管(PIN-PD)86 4.2.5 雪崩光电二极管(APD)88 4.3 光纤激光器88 4.3.1 光纤激光器的基本原理88 4.3.2 单频半导体激光器89 4.3.3 掺稀土光纤激光器90 4.3.4 光纤非线性效应激光器96 4.4 光纤放大器97 4.4.1 掺铒光纤概述98 4.4.2 掺铒光纤的放大特性98 4.4.3 光纤放大器的性能指标100 4.4.4 放大自发辐射(ASE)光源103 4.4.5 光纤非线性效应放大器107 4.4.6 宽带光纤放大器108 课后习题109 参考文献109 第5章 光纤解调技术112 5.1 强度解调112 5.1.1 光栅匹配法113 5.1.2 边缘滤波法115 5.1.3 光栅啁啾法116 5.1.4 激光匹配法117 5.1.5 射频探测法117 5.2 波长解调118 5.2.1 干涉解调法119 5.2.2 滤波解调法121 5.3 频率解调123 5.4 相位解调124 5.4.1 干涉仪的信号解调124 5.4.2 3×3耦合器解调法128 5.4.3 相位产生载波(PGC)解调法130 5.4.4 数字正交相位解调(I/Q解调)法134 5.5 偏振态解调138 5.5.1 偏振基础理论138 5.5.2 偏振拍频调控140 5.5.3 偏振解复用141 课后习题143 参考文献143 第6章 分立式光纤传感器147 6.1 强度调制型光纤传感器147 6.1.1 反射式强度调制148 6.1.2 透射式强度调制149 6.1.3 微弯调制150 6.1.4 折射率强度调制151 6.1.5 光吸收系数调制152 6.1.6 光学相干层析术152 6.2 波长调制型光纤传感器153 6.2.1 波长调制型光纤传感器的基本原理153 6.2.2 光纤内腔传感技术154 6.3 频率调制型光纤传感器154 6.4 相位调制型光纤传感器155 6.4.1 相位调制型光纤传感器的基本原理155 6.4.2 相位调制光纤传感的基本原理156 6.4.3 光纤陀螺传感技术158 6.4.4 光纤法布里-珀罗(F-P)传感器159 6.5 偏振调制中的常用物理效应160 6.5.1 弹光效应160 6.5.2 法拉第效应161 6.5.3 泡克耳斯效应162 6.5.4 克尔效应162 6.6 光纤光栅传感技术162 6.6.1 光纤光栅分类162 6.6.2 光纤布拉格光栅(FBG)传感器164 6.6.3 光纤光栅传感器165 课后习题166 参考文献166 第7章 分布式光纤传感器169 7.1 基于后向散射的分布式光纤传感原理169 7.1.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感原理170 7.1.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感原理171 7.1.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感原理172 7.2 基于瑞利散射的全分布式光纤传感技术174 7.2.1 光时域反射(OTDR)技术与相敏感型的光时域反射(φ-OTDR) 技术174 7.2.2 相干光时域反射(COTDR)技术176 7.2.3 偏振光时域反射(POTDR)技术179 7.2.4 光频域反射(OFDR)技术185 7.3 基于拉曼散射的全分布式光纤传感技术187 7.3.1 基于拉曼散射的光纤温度传感器的原理187 7.3.2 拉曼光时域反射(ROTDR)技术188 7.3.3 拉曼光频域反射(ROFDR)技术191 7.4 基于布里渊散射的全分布式光纤传感技术193 7.4.1 布里渊光时域反射(BOTDR)技术193 7.4.2 布里渊光时域分析(BOTDA)技术202 7.4.3 布里渊光频域分析(BOFDA)技术207 7.5 基于干涉原理的分布式光纤传感技术210 7.5.1 基于迈克耳孙干涉仪的分布式光纤传感技术210 7.5.2 基于马赫-曾德尔(M-Z)干涉仪的分布式光纤传感技术211 7.5.3 基于萨尼亚克干涉仪的分布式光纤传感技术211 7.5.4 基于复合型干涉仪的分布式光纤传感技术212 课后习题213 参考文献213 第8章 光纤传感技术的应用217 8.1 光纤传感技术在电力领域的应用217 8.1.1 技术背景217 8.1.2 光纤传感系统的设计218 8.1.3 变压器光纤局部放电监测系统219 8.1.4 智能变电站全光纤监测应用实例220 8.1.5 高压电缆分布式光纤温度监测系统(DTS)221 8.1.6 分布式光纤传感器在电力系统中的应用222 8.2 光纤传感技术在油气资源领域的应用224 8.2.1 技术背景224 8.2.2 分立式光纤传感器在油气资源领域的应用225 8.2.3 分布式光纤传感器在油气资源领域的应用227 8.3 光纤传感技术在管道泄漏监测领域的应用233 8.3.1 技术背景233 8.3.2 分立式光纤传感器233 8.3.3 分布式光纤测温的原理234 8.3.4 技术优势236 8.3.5 系统组成及实施236 8.3.6 应用案例237 8.4 光纤传感技术在煤田、矿山领域的应用240 8.4.1 技术背景240 8.4.2 分立式光纤传感器在煤田、矿山领域的应用240 8.4.3 分布式光纤传感器在煤田、矿山领域的应用243 8.4.4 煤矿安全生产光纤综合监测系统245 8.5 光纤传感技术在结构安全健康监测领域的应用245 8.5.1 分立式光纤传感技术在桥梁安全健康监测领域的应用245 8.5.2 分布式光纤传感技术在桥梁安全健康监测领域的应用247 8.6 光纤传感技术在医疗领域的应用248 8.6.1 光纤传感技术在中医脉象信息诊断中的应用248 8.6.2 光纤传感技术在葡萄糖检测中的应用249 8.6.3 光纤传感技术在血流速度检测中的应用252 8.6.4 光纤传感技术在医疗领域的其他应用253 8.7 光纤传感技术在地质勘探领域的应用254 8.7.1 技术背景254 8.7.2 分立式光纤传感器在地质勘探领域的应用254 8.7.3 分布式光纤传感器在地质勘探领域的应用256 课后习题258 参考文献259
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开播时间:09月02日 10:30