光纖傳感器技術(shù)

《光纖傳感器技術(shù)》可供從事光纖、光纖傳感、檢測(cè)、儀器、儀表等理論和應(yīng)用研究的科研人員、工程技術(shù)人員及高等院校師生參考。

《光纖傳感器技術(shù)》共21章，分為三篇，分層次介紹了光纖傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)、原理和應(yīng)用。 第一篇是基礎(chǔ)，主要包括：基礎(chǔ)光學(xué)（第二章）、光纖和光纜（第三章）、光波導(dǎo)和集成光路（第四章）、光纖器件（第五章）。 第二篇是原理，主要涉及：強(qiáng)度調(diào)制型光纖傳感器（第六章）、波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器（第七章）、頻率調(diào)制型光纖傳感器（第八章）、相位調(diào)制型光纖傳感器（第九章）、偏振調(diào)制型光纖傳感器（第十章）、光柵調(diào)制型光纖傳感器（第十一章）、分布式光纖傳感器（第十二章）、特種光纖（第十三章）、光集成傳感器（第十四章）、光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)融合（第十五章）。 第三篇應(yīng)用，主要涉及：光纖機(jī)械傳感器（第十六章）、光纖熱工傳感器（第十七章）、光纖電磁傳感器（第十八章）、光纖化學(xué)傳感器（第十九章）、光纖生物傳感器（第二十章）、光纖傳感器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展（第二十一章）。

由于分布式光纖傳感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍測(cè)量場(chǎng)中分布信息的提取，因而它可解決目前測(cè)量領(lǐng)域的眾多難題，而分布式光纖傳感器是采用分布式光纖傳感技術(shù)的裝置。分布式光纖傳感技術(shù)是在70年代末提出的，它是隨著現(xiàn)在光纖工程中仍應(yīng)用十分廣泛的光時(shí)域反射(otdr)技術(shù)的出現(xiàn)而發(fā)展起來(lái)的．在這十幾年里，產(chǎn)生了一系列分布式光纖傳感機(jī)理和測(cè)量系統(tǒng)，并在多個(gè)領(lǐng)域得以逐步應(yīng)用．目前，這項(xiàng)技術(shù)已成為光纖傳感技術(shù)中最具前途的技術(shù)之一． 　1、分布式光纖傳感技術(shù)的特點(diǎn) 　分布式光纖傳感技術(shù)具有同時(shí)獲取在傳感光纖區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間和空間變化的被測(cè)量分布信息的能力，其基本特征為]： ?、佟》植际焦饫w傳感系統(tǒng)中的傳感元件僅為光纖； ?、凇∫淮螠y(cè)量就可以獲取整個(gè)光纖區(qū)域內(nèi)被測(cè)量的一維分布圖，將光纖架設(shè)成光柵狀，就可測(cè)定被測(cè)量的二維和三維分布情況； ?、邸∠到y(tǒng)的空間分辨力一般在米的量級(jí)，因而對(duì)被測(cè)量在更窄范圍的變化一般只能觀(guān)測(cè)其平均值； 　④　系統(tǒng)的測(cè)量精度與空間分辨力一般存在相互制約關(guān)系； 　⑤　檢測(cè)信號(hào)一般較微弱，因而要求信號(hào)處理系統(tǒng)具有較高的信噪比； ?、蕖∮捎谠跈z測(cè)過(guò)程中需進(jìn)行大量的信號(hào)加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處理，因而實(shí)現(xiàn)一次完整的測(cè)量需較長(zhǎng)的時(shí)間． 　2、分布式光纖傳感技術(shù)研究現(xiàn)狀 　分布式光纖傳感技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)，就得到了廣泛的關(guān)注和深入的研究，并且在短短的十幾年里得到了飛速的發(fā)展．依據(jù)信號(hào)的性質(zhì)，該類(lèi)傳感技術(shù)可分為4類(lèi)：①利用后向瑞利散射的傳感技術(shù)；②利用喇曼效應(yīng)的傳感技術(shù)；③利用布里淵效應(yīng)的傳感技術(shù)；④利用前向傳輸模耦合的傳感技術(shù)．

1、實(shí)現(xiàn)單根光纖上多個(gè)物理參數(shù)(溫度和應(yīng)變)或化學(xué)參數(shù)的同時(shí)測(cè)量； 　2、提高測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍，減少測(cè)量時(shí)間； 　3、提高信號(hào)接收和處理系統(tǒng)的檢測(cè)能力，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測(cè)量不確定度； 　4、基于二維或多維的分布式光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)將成為光纖傳感器的研究方向。

根據(jù)不同光纖的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)方法，同一根光纖將會(huì)有不同的名稱(chēng)。

按光纖的材料分類(lèi)

按照光纖的材料，可以將光纖的種類(lèi)分為石英光纖和全塑光纖。

石英光纖一般是指由摻雜石英芯和摻雜石英包層組成的光纖。這種光纖有很低的損耗和中等程度的色散。通信用光纖絕大多數(shù)是石英光纖。

全塑光纖是一種通信用新型光纖，尚在研制、試用階段。全塑光纖具有損耗大、纖芯粗（直徑100～600μm）、數(shù)值孔徑（NA）大（一般為0.3～0.5，可與光斑較大的光源耦合使用）及制造成本較低等特點(diǎn)。目全塑光纖適合于較短長(zhǎng)度的應(yīng)用，如室內(nèi)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和船舶內(nèi)的通信等。

按光纖剖面折射率分布分類(lèi)

按照光纖剖面折射率分布的不同，可以將光纖的種類(lèi)分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式分類(lèi)

按照光纖傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖的種類(lèi)分為多模光纖和單模光纖。

單模光纖是只能傳輸一種模式的光纖。單模光纖只能傳輸基模（最低階模），不存在模間時(shí)延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對(duì)于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的模場(chǎng)直徑僅幾微米（μm），其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，它適用于大容量、長(zhǎng)距離通信。

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分類(lèi)（按照ITU-T 建議分類(lèi)）

為了使光纖具有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）制定了統(tǒng)一的光纖標(biāo)準(zhǔn)（G 標(biāo)準(zhǔn)）。按照ITU-T 關(guān)于光纖的建議，可以將光纖的種類(lèi)分為：

G.651 光纖（50/125μm 多模漸變型折射率光纖）

G.652 光纖（非色散位移光纖）

G.653 光纖（色散位移光纖DSF）

G.654 光纖（截止波長(zhǎng)位移光纖）

G.655 光纖（非零色散位移光纖）。

為了適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展需要，G.652 類(lèi)光纖已進(jìn)一步分為了G.652A、G.652B、G.652C 三個(gè)子類(lèi)，G.655 類(lèi)光纖也進(jìn)一步分為了G.655A、G.655B 兩個(gè)子類(lèi)。

按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)，IEC 標(biāo)準(zhǔn)將光纖的種類(lèi)分為

A 類(lèi)多模光纖：

A1a 多模光纖（50/125μm 型多模光纖）

A1b 多模光纖（62.5/125μm 型多模光纖）

A1d 多模光纖（100/140μm 型多模光纖）

B 類(lèi)單模光纖：

B1.1 對(duì)應(yīng)于G652 光纖，增加了B1.3 光纖以對(duì)應(yīng)于G652C 光纖

B1.2 對(duì)應(yīng)于G654 光纖

B2 光纖對(duì)應(yīng)于G.653 光纖

B4 光纖對(duì)應(yīng)于G.655 光纖