光纖傳感器技術

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

《光纖傳感器技術》共21章，分為三篇，分層次介紹了光纖傳感器技術的基礎、原理和應用。 第一篇是基礎，主要包括：基礎光學（第二章）、光纖和光纜（第三章）、光波導和集成光路（第四章）、光纖器件（第五章）。 第二篇是原理，主要涉及：強度調制型光纖傳感器（第六章）、波長調制型光纖傳感器（第七章）、頻率調制型光纖傳感器（第八章）、相位調制型光纖傳感器（第九章）、偏振調制型光纖傳感器（第十章）、光柵調制型光纖傳感器（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）、光纖傳感器網絡與數(shù)據融合（第十五章）。 第三篇應用，主要涉及：光纖機械傳感器（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）、光纖傳感器的產業(yè)化發(fā)展（第二十一章）。

由于分布式光纖傳感技術能夠實現(xiàn)大范圍測量場中分布信息的提取，因而它可解決目前測量領域的眾多難題，而分布式光纖傳感器是采用分布式光纖傳感技術的裝置。分布式光纖傳感技術是在70年代末提出的，它是隨著現(xiàn)在光纖工程中仍應用十分廣泛的光時域反射(otdr)技術的出現(xiàn)而發(fā)展起來的．在這十幾年里，產生了一系列分布式光纖傳感機理和測量系統(tǒng)，并在多個領域得以逐步應用．目前，這項技術已成為光纖傳感技術中最具前途的技術之一． 　1、分布式光纖傳感技術的特點 　分布式光纖傳感技術具有同時獲取在傳感光纖區(qū)域內隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力，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； 　②　一次測量就可以獲取整個光纖區(qū)域內被測量的一維分布圖，將光纖架設成光柵狀，就可測定被測量的二維和三維分布情況； 　③　系統(tǒng)的空間分辨力一般在米的量級，因而對被測量在更窄范圍的變化一般只能觀測其平均值； ?、堋∠到y(tǒng)的測量精度與空間分辨力一般存在相互制約關系； ?、荨z測信號一般較微弱，因而要求信號處理系統(tǒng)具有較高的信噪比； ?、蕖∮捎谠跈z測過程中需進行大量的信號加法平均、頻率的掃描、相位的跟蹤等處理，因而實現(xiàn)一次完整的測量需較長的時間． 　2、分布式光纖傳感技術研究現(xiàn)狀 　分布式光纖傳感技術一經出現(xiàn)，就得到了廣泛的關注和深入的研究，并且在短短的十幾年里得到了飛速的發(fā)展．依據信號的性質，該類傳感技術可分為4類：①利用后向瑞利散射的傳感技術；②利用喇曼效應的傳感技術；③利用布里淵效應的傳感技術；④利用前向傳輸模耦合的傳感技術．

1、實現(xiàn)單根光纖上多個物理參數(shù)(溫度和應變)或化學參數(shù)的同時測量； 　2、提高測量系統(tǒng)的測量范圍，減少測量時間； 　3、提高信號接收和處理系統(tǒng)的檢測能力，提高系統(tǒng)的空間分辨率和測量不確定度； 　4、基于二維或多維的分布式光纖傳感器網絡將成為光纖傳感器的研究方向。

根據不同光纖的分類標準的分類方法，同一根光纖將會有不同的名稱。

按光纖的材料分類

按照光纖的材料，可以將光纖的種類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。目全塑光纖適合于較短長度的應用，如室內計算機聯(lián)網和船舶內的通信等。

按光纖剖面折射率分布分類

按照光纖剖面折射率分布的不同，可以將光纖的種類分為階躍型光纖和漸變型光纖。

按傳輸模式分類

按照光纖傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量，可以將光纖的種類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），不存在模間時延差，具有比多模光纖大得多的帶寬，這對于高碼速傳輸是非常重要的。單模光纖的模場直徑僅幾微米（μm），其帶寬一般比漸變型多模光纖的帶寬高一兩個數(shù)量級。因此，它適用于大容量、長距離通信。

按照國際標準規(guī)定分類（按照ITU-T 建議分類）

為了使光纖具有統(tǒng)一的國際標準，國際電信聯(lián)盟（ITU-T）制定了統(tǒng)一的光纖標準（G 標準）。按照ITU-T 關于光纖的建議，可以將光纖的種類分為：

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（截止波長位移光纖）

G.655 光纖（非零色散位移光纖）。

為了適應新技術的發(fā)展需要，G.652 類光纖已進一步分為了G.652A、G.652B、G.652C 三個子類，G.655 類光纖也進一步分為了G.655A、G.655B 兩個子類。

按照IEC 標準分類，IEC 標準將光纖的種類分為

A 類多模光纖：

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 類單模光纖：

B1.1 對應于G652 光纖，增加了B1.3 光纖以對應于G652C 光纖

B1.2 對應于G654 光纖

B2 光纖對應于G.653 光纖

B4 光纖對應于G.655 光纖