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1.1 光纤光栅发展概况1

第1章 概论1

1.2 光纤光栅分类2

1.2.1 按光纤光栅的周期分类3

1.2.2 按光纤光栅的波导结构分类3

1.2.3 按光纤光栅的形成机理分类5

1.2.4 按光纤光栅的材料分类5

1.3 光纤光栅应用概况6

1.3.1 光纤布拉格光栅在通信领域中的应用6

1.3.2 光纤布拉格光栅在传感领域中的应用7

1.3.3 长周期光纤光栅在通信中的应用10

1.3.4 长周期光纤光栅在传感中的应用12

1.4 本书提纲14

参考文献15

2.1 光敏性介绍20

第2章 光纤光敏性20

2.2 硅基光纤的光敏性21

2.3 光致折变的各向异性26

2.4 点缺陷28

2.4.1 硅玻璃中的点缺陷28

2.4.2 掺锗硅玻璃中的点缺陷30

2.5 硅光纤光敏性的增强33

2.5.1 氢载34

2.5.2 火焰轻擦技术39

2.5.3 光纤掺杂技术40

2.6 光敏性机理41

2.6.1 色心模型42

2.6.2 电荷漂移模型43

2.6.3 应力释放模型43

2.6.4 结构重组模型44

2.7 其他种类光纤的光敏性46

2.7.1 共掺氮光纤47

2.7.2 非掺锗硅氮氧化物光纤47

2.7.3 光敏塑料光纤47

2.8 光致折变的清除与保持48

参考文献49

第3章 光纤光栅写入方法55

3.1 内部法写入光纤布拉格光栅55

3.2 干涉法制作光纤布拉格光栅56

3.2.1 分振幅干涉法56

3.2.2 分波前干涉法58

3.3 相位模板法制作光纤布拉格光栅59

3.3.1 相位模板中的拼接误差63

3.3.2 改变相位模板的周期65

3.4 逐点法写入布拉格光栅67

3.5 模板成像投影法68

3.6 光纤光栅写入中的激光光源69

3.6.1 干涉技术用激光源69

3.6.2 非干涉技术对激光源的要求72

3.7 特殊光栅的制作过程73

3.7.1 单脉冲写入光纤光栅73

3.7.2 在光纤拉制过程中写入布拉格光栅76

3.7.3 具有复杂反射率分布的长光纤布拉格光栅78

3.7.4 啁啾光栅80

3.7.5 相移光栅83

3.7.6 光栅变迹84

3.8 氢载对制作光纤光栅的影响84

3.9 透过聚合物敷层制作光纤布拉格光栅85

3.10 长周期光纤光栅写入法86

3.10.1 紫外光写入法86

3.10.2 腐蚀刻槽法88

3.10.3 离子束入射法89

3.10.4 机械微弯变形法90

3.10.5 局部加热写入法91

3.10.6 高频CO2激光脉冲写入法92

3.10.7 CO2激光写入法的机理96

参考文献104

第4章 光纤布拉格光栅理论110

4.1 光纤布拉格光栅的耦合模理论111

4.2 非均匀光栅中的双模耦合117

4.3 倾斜光栅123

4.4 包层模耦合126

4.5 辐射模耦合128

4.6 光纤布拉格光栅的数值算法130

4.7 布洛赫波131

4.8 非线性光栅效应133

参考文献134

4.9 讨论134

第5章 光纤布拉格光栅的特性136

5.1 均匀光纤布拉格光栅136

5.1.1 均匀光纤布拉格光栅的波导结构136

5.1.2 均匀光纤布拉格光栅的反射率137

5.1.3 均匀光纤布拉格光栅的应变与温度灵敏性138

5.2 光纤布拉格光栅的种类140

5.2.1 普通布拉格反射元件140

5.2.2 闪耀光纤布拉格光栅141

5.2.3 啁啾光纤布拉格光栅143

5.2.4 其他类型光纤布拉格光栅144

5.3 光纤布拉格光栅的脉冲响应147

5.3.1 超短波脉冲的传输响应147

5.3.2 高强度脉冲的传输响应150

5.3.3 光纤布拉格光栅的非线性机理152

5.4.1 光纤布拉格光栅的热衰减153

5.4 光纤布拉格光栅的寿命和可靠性153

5.4.2 光纤布拉格光栅的机械强度154

参考文献156

第6章 光纤布拉格光栅在传感中的应用160

6.1 概述160

6.2 传感原理161

6.2.1 应变161

6.2.2 温度163

6.2.3 压力163

6.2.4 动态磁场164

6.2.5 应变和温度的同时测量165

6.3 FBG传感系统中的探测解调技术168

6.3.1 探测解调方法原理169

6.3.2 基于边缘滤波器的探测系统171

6.3.3 基于可调滤波器的探测系统173

6.3.4 基于干涉扫描法的探测系统175

6.3.5 基于双腔干涉扫描法的探测系统176

6.4 FBG复用技术178

6.4.1 波分复用178

6.4.2 时分复用方法181

6.4.3 空分复用（SDM）182

6.5 FBG传感器的应用184

6.5.1 大型复合材料和混凝土结构健康监测应用184

6.5.2 在电力工业中的应用193

6.5.3 医学应用195

6.5.4 油井应用200

6.5.5 化学传感201

6.6 其他应用201

参考文献202

7.1.1 掺铒光纤激光器208

第7章 光纤布拉格光栅在通信中的应用208

7.1 光纤激光器208

7.1.2 包层泵浦光纤激光器214

7.1.3 拉曼光纤激光器215

7.1.4 锁模光纤激光器216

7.2 光纤放大器218

7.2.1 改善掺铒光纤放大器性能218

7.2.2 增益平坦和增益控制219

7.2.3 拉曼光纤放大器221

7.3 光纤布拉格光栅二极管激光器222

7.3.1 单模激光器223

7.3.2 锁模激光器224

7.3.3 coherence-collapsed激光器225

7.3.4 基于布拉格光栅的光纤激光器新发展226

7.4 光纤布拉格光栅滤波器226

7.4.2 环形器型光纤光栅滤波器227

7.4.1 简单布拉格光栅滤波器227

7.4.3 干涉型光纤光栅滤波器228

7.4.4 莫尔型光纤光栅滤波器229

7.4.5 相移型光纤光栅滤波器229

7.4.6 Fabry-Perot型光纤光栅滤波器230

7.4.7 梳状结构和超结构光纤光栅型滤波器230

7.4.8 闪耀型光纤光栅滤波器230

7.4.9 受抑耦合型光纤光栅滤波器231

7.5 波分复用／解复用器231

7.5.1 一种结构简单的光纤光栅波分复用器231

7.5.2 干涉型光纤光栅波分复用器232

7.5.3 非干涉型光纤光栅波分复用器235

7.6 密集波分复用器239

7.7 色散补偿器240

7.8 光纤布拉格光栅的其他应用243

7.9 小结244

参考文献244

第8章 长周期光纤光栅理论251

8.1 长周期光纤光栅理论模型的发展251

8.2 耦合模理论252

8.3 长周期光纤光栅的模式耦合Ⅰ253

8.3.1 自耦合率和交叉耦合率253

8.3.2 谐振波长和带宽255

8.3.3 传输谱的模拟计算257

8.4 长周期光纤光栅的模式耦合Ⅱ259

8.4.1 纤芯基模和包层模的有效折射率和传输常数260

8.4.2 纤芯基模和包层模的模场分布和归一化常量263

8.4.3 耦合系数和耦合常数265

8.4.4 长周期光纤光栅的模式耦合方程266

8.4.5 长周期光纤光栅的谐振波长268

8.4.6 长周期光纤光栅透射谱的模拟计算269

8.5 级联长周期光纤光栅271

8.5.1 级联长周期光纤光栅的模式耦合272

8.5.2 级联长周期光纤光栅透射谱干涉峰间距274

8.6 小结277

参考文献277

第9章 长周期光纤光栅的特性279

9.1 长周期光纤光栅的温度特性279

9.1.1 温度特性的理论分析279

9.1.2 紫外光写入的长周期光栅的温度特性284

9.1.3 高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的温度特性288

9.2 长周期光纤光栅的轴向应变特性292

9.2.1 轴向应变特性的理论分析292

9.2.2 紫外光写入的长周期光纤光栅的轴向应变特性294

9.2.3 高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的轴向应变特性295

9.3 长周期光纤光栅的弯曲特性296

9.3.1 紫外光写入的长周期光纤光栅的弯曲特性297

9.3.2 纤芯偏移的光纤中写入的长周期光纤光栅的弯曲特性299

9.3.3 B-Ge共掺的单模光纤中的长周期光纤光栅的弯曲特性301

9.3.4 高频CO2激光写入的长周期光纤光栅的弯曲特性303

9.3.5 弯曲特性的理论分析306

9.4 长周期光纤光栅的扭曲特性310

9.4.1 腐蚀刻槽法写入的长周期光纤光栅的扭曲特性310

9.4.2 电弧放电写入的LPFG的扭曲特性315

9.4.3 高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅的扭曲特性316

9.4.4 光纤扭曲特性的分析321

9.4.5 局部加热法写入的长周期光纤光栅的扭曲特性分析324

9.5 长周期光纤光栅的横向负载特性326

9.5.1 紫外光写入的LPFG的横向负载特性326

9.5.2 高频CO2激光脉冲写入的LPFG横向负载特性329

9.5.3 光纤横向负载特性分析335

9.5.4 高频CO2激光写入的LPFG横向负载特性分析338

9.6 小结340

参考文献342

第10章 长周期光纤光栅在传感中的应用345

10.1 温度应变同时测量传感器345

10.1.1 单个长周期光纤光栅实现温度应变同时测量345

10.1.2 LPFG和EFPI集成实现温度应变同时测量347

10.2 长周期光纤光栅高温传感器351

10.3 弯曲不敏感的长周期光纤光栅传感器352

10.4 能判别弯曲方向的弯曲传感器353

10.5 高灵敏度的弯曲传感器356

10.6 能判别扭曲方向的扭曲传感器357

10.7 温度和负载同时测量传感器359

10.8 动态横向负荷传感器360

10.9 级联长周期光纤光栅在传感领域中的应用364

10.9.1 级联长周期光纤光栅弯曲传感器365

10.9.2 级联长周期光纤光栅横向负载传感器366

10.9.3 级联长周期光纤光栅化学传感器367

10.9.4 级联长周期光纤光栅温度传感器368

10.10 长周期光纤光栅的其他传感应用371

10.11 小结371

参考文献372

第11章 长周期光纤光栅在通信中的应用376

11.1 增益均衡器376

11.1.1 EDFA增益均衡器376

11.1.2 基于弯曲和温度特性的可调谐增益均衡器378

11.1.3 基于横向负载和温度特性的可调谐增益均衡器380

11.2 ASE噪声滤波器382

11.2.1 低噪声前置放大器382

11.2.2 低噪声、高增益线路放大器383

11.2.3 利用ASE滤波器优化掺铒光纤放大器的特性385

11.3 集成长周期光纤光栅的光纤耦合器386

11.4 长周期光纤光栅偏振相关性的利用和补偿方法389

11.4.1 长周期光纤光栅波长选择偏振滤波器389

11.4.2 扭曲降低LPFG的偏振相关损耗390

11.4.3 光纤旋转器补偿LPFG偏振相关性391

11.5 级联长周期光纤光栅构成的梳状滤波器392

11.6 WDM通道隔离器395

11.7 多波长光纤光源397

11.8 通信应用中长周期光纤光栅温度敏感性的补偿方法400

11.8.1 应变特性补偿谐振波长的温度敏感性400

11.8.2 封装补偿谐振波长温度敏感性401

11.8.3 弯曲效应降低温度灵敏度403

11.9 长周期光纤光栅的其他通信应用403

11.10 小结405

参考文献406