本书从光的电磁理论出发,全面论述光在光纤中传输和传感的基本特性及其应用。全书共8章,分为 三部分(光纤理论和特性、光纤技术和器件、光纤的应用),具体内容包括: 均匀折射率和非均匀折射率光纤 的传输理论(光线理论、波动理论、耦合模理论及非线性理论); 光纤的数值分析方法; 光纤的损耗、色散、 偏振以及非线性特性; 光纤设计、光纤的连接和处理以及参数测量的基本方法; 光纤有源和无源器件; 各 类特种光纤; 光纤在传输数据、能量、图像以及传感方面的应用等。 本书可作为普通高校光电信息科学与工程、电子信息工程、电子科学与技术、应用物理等相关专业的 本科生及研究生的教材,也可作为从事光电科研工作的工程技术人员的参考书。

部分光纤理论和特性 第1章光纤传输的基本理论 1.1引言 1.2光纤的光线理论 1.2.1均匀折射率光纤的光线理论 1.2.2变折射率光纤的光线理论 1.3光纤的波动理论 1.3.1光波导的一般理论——正规光波导 1.3.2均匀折射率光纤的波动理论 1.3.3变折射率光纤的波动理论 1.4光纤的数值分析方法 1.4.1传输矩阵法(TMM) 1.4.2多极展开法(HEM) 1.4.3有限元法(FEM) 1.4.4平面波法(PWM) 1.4.5时域有限差分法(FDTD) 1.5偏振光在光纤中的传输 1.5.1偏振光的矩阵表示法——Jones矢量法 1.5.2Jones矩阵法在光纤中的应用 1.5.3单模光纤在外力作用下引起双折射效应的Jones矩阵 1.5.4Poincaré球图示法 1.6均匀折射率单模光纤的分析 1.6.1引言 1.6.2基本性质 1.6.3功率分布 1.7非正规光波导的模耦合方程 1.7.1非正规光波导 1.7.2非正规光波导的模耦合方程(矢量模耦合方程) 思考题与习题 第2章光纤的特性 2.1引言 2.2光纤的损耗 2.2.1吸收损耗 2.2.2散射损耗 2.2.3弯曲损耗 2.3光纤的色散 2.3.1概述 2.3.2模式色散 2.3.3波长色散 2.4光纤的设计 2.4.1引言 2.4.2多模光纤折射率分布的设计 2.4.3单模光纤的设计 2.4.4典型单模光纤的折射率分布 2.4.5典型单模光纤性能 2.5弹光效应 2.6光纤中的双折射 2.6.1纤芯的椭圆度引起的双折射 2.6.2应力引起的双折射 2.6.3弯曲引起的双折射 2.6.4扭曲引起的双折射 2.6.5外场引起的双折射 2.6.6减小双折射影响的特殊措施 2.7光纤中的非线性效应 2.7.1基本原理 2.7.2自相位调制 2.7.3光纤中的光孤子 2.7.4交叉相位调制 2.7.5受激Raman散射 2.7.6受激Brillouin散射 2.7.7四波混频 思考题与习题 第3章光纤系统的损耗与光纤处理工艺 3.1引言 3.2光纤和光源的连接 3.2.1半导体激光器和光纤的连接 3.2.2半导体发光二极管和光纤的耦合 3.2.3大功率LD阵列耦合技术 3.3光纤和光纤的连接 3.3.1光纤与光纤的固定连接 3.3.2多模光纤和多模光纤的直接耦合 3.3.3单模光纤和单模光纤的直接耦合 3.4侧边抛磨光纤 3.5光纤的腐蚀 3.5.1化学腐蚀法制作纳米光纤探针 3.5.2影响腐蚀效果的因素 3.6光纤的改性 3.6.1掺杂效应 3.6.2光敏效应 3.6.3非线性效应——Raman效应和Brillouin效应 3.6.4力学效应 3.6.5热学效应 3.6.6电磁效应 思考题与习题 第二部分光纤技术和器件 第4章特种光纤 4.1引言 4.2功能型光纤 4.2.1变折射率光纤 4.2.2偏振保持光纤简介 4.2.3少模光纤 4.2.4荧光光纤 4.2.5增敏和去敏光纤 4.3新材料光纤 4.3.1红外光纤与紫外光纤 4.3.2聚合物光纤 4.3.3单晶光纤 4.4新结构光纤 4.4.1光子晶体光纤 4.4.2侧边抛磨光纤与金属化光纤 4.4.3双包层光纤 4.4.4多芯光纤 4.4.5反谐振光纤 4.4.6微纳光纤 思考题与习题 第5章光纤特征参数的测量 5.1引言 5.1.1光纤测量的内容与特点 5.1.2光纤测量的方法 5.1.3光纤测量仪器 5.2损耗测量 5.2.1光纤损耗的测量 5.2.2光纤器件的插损测量 5.2.3谱损的测量 5.2.4反射损耗的测量 5.3模场直径测量 5.3.1模场直径定义 5.3.2测量方法 5.4截止波长及其测量 5.4.1截止波长的定义 5.4.2传导功率法 5.4.3模场直径法 5.4.4替代法 5.5色散测量 5.5.1测量原理 5.5.2相移法 5.5.3干涉法 5.5.4基带测量 5.5.5偏振模色散及其测量 5.6折射率分布、几何尺寸与理论数值孔径的测量 5.6.1折射近场法 5.6.2近场扫描法 5.6.3几何尺寸的测量 5.6.4理论数值孔径的测量 5.6.5光纤三维折射率测量 5.7高双折射光纤拍长的测量 思考题与习题 第6章光纤无源及有源器件 6.1引言 6.2光纤耦合器、环行器与光波分复用器 6.2.1熔锥型单模光纤光分/合路连接器 6.2.2磨抛型单模光纤定向耦合器 6.2.3光环行器 6.2.4光波分复用器(WDM) 6.3光开关、光纤滤波器与光纤调制器 6.3.1概述 6.3.2光开关原理 6.3.3光纤调制器 6.3.4光纤滤波器 6.4光纤旋转连接器 6.4.1光纤旋转连接器的工作原理 6.4.2光纤旋转连接器的基本结构 6.4.3光纤旋转连接器产品与工业应用 6.5光衰减器 6.5.1光衰减器原理、分类与基本结构 6.5.2全光纤热光型可变光衰减器 6.6光缓存器 6.7光纤偏振器件 6.7.1光纤偏振控制器 6.7.2保偏光纤偏振器 6.7.3光纤隔离器 6.8光纤光栅 6.8.1引言 6.8.2光纤光栅的分类 6.8.3光纤Bragg光栅的理论模型 6.8.4均匀周期正弦型光纤光栅 6.8.5非均匀周期光纤光栅 6.8.6光纤光栅的写入方法简介 6.9掺杂光纤激光器与放大器 6.9.1掺杂光纤激光器 6.9.2光纤放大器 6.9.3大功率双包层光纤激光器 6.9.4工业光纤激光器与新型光纤激光器 6.10光纤Raman与光纤Brillouin激光器 6.10.1光纤Raman激光器与放大器 6.10.2光纤Brillouin激光器与放大器 思考题与习题 第三部分光纤的应用 第7章光纤传输数据和图像 7.1概述 7.2光纤通信 7.3光纤传输距离的估算 7.3.1光纤的损耗 7.3.2光纤的色散 7.3.3色散对光纤传输的影响 7.4光纤传光束 7.5光纤传像束 7.5.1概述 7.5.2光纤传像束的结构 7.5.3光纤传像束的性能 7.5.4应用 思考题与习题 第8章光纤传感器 8.1概述 8.1.1光纤传感器的定义及分类 8.1.2光纤传感器的特点 8.2振幅调制传感型光纤传感器 8.2.1光纤微弯传感器 8.2.2光纤受抑全内反射传感器 8.2.3光纤辐射传感器 8.3振幅调制型光纤传感器的补偿技术 8.3.1双波长补偿法 8.3.2旁路光纤监测法 8.3.3光桥平衡补偿法 8.4相位调制传感型光纤传感器 8.4.1引言 8.4.2MachZehnder光纤干涉仪和Michelson光纤干涉仪 8.4.3Sagnac光纤干涉仪 8.4.4光纤FabryPerot干涉仪 8.4.5光纤环形腔干涉仪 8.4.6白光干涉型光纤传感器 8.4.7外界压力对光纤干涉仪的影响 8.4.8温度对光纤干涉仪的影响 8.4.9光纤干涉仪的传感应用 8.5偏振态调制型光纤传感器 8.5.1光纤电流传感器 8.5.2双折射对光纤传感的影响 8.5.3光纤偏振干涉仪 8.6波长调制型光纤传感器 8.6.1引言 8.6.2光纤Bragg光栅应变传感模型 8.6.3光纤Bragg光栅温度传感模型分析 8.6.4光纤Bragg光栅在光纤传感领域的典型应用 8.6.5长周期光纤光栅在传感领域的应用 8.6.6光纤光栅折射率传感技术 8.6.7LPG MachZehnder干涉仪折射率传感器 8.7光纤荧光温度传感器 8.7.1光纤荧光温度传感原理 8.7.2荧光寿命测温 8.7.3荧光强度比测温 8.7.4荧光传感材料 8.7.5荧光测温系统在工业领域的应用 8.8分布式光纤传感器 8.8.1概述 8.8.2散射型分布式光纤传感器 8.8.3偏振型和相位型分布式光纤传感器 8.9聚合物光纤传感器 8.10光子晶体光纤及其在传感中的应用 8.10.1光子晶体光纤用于气体检测 8.10.2基于孔内光和物质相互作用的其他传感器 8.10.3特种光子晶体光纤与传感 8.10.4光子晶体光纤SPR传感器 8.10.5光子晶体光纤SERS 8.10.6掺杂的微结构聚合物光纤传感器 8.11传光型光纤传感器 8.11.1振幅调制传光型光纤传感器 8.11.2相位调制传光型光纤传感器 8.11.3偏振态调制传光型光纤传感器 8.12光纤传感网络 8.12.1可用于构成光传感网的传感器 8.12.2成网技术 8.13光纤传感技术的发展趋势及课题 思考题与习题 参考文献