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第1章　绪论1

1.1　概述1

1.2　光纤光栅的发展3

1.3　光纤光栅的主要应用5

参考文献6

第2章　光纤光栅基础10

2.1　光纤的基本结构与模式10

2.1.1　光纤的基本结构10

2.1.2　纤芯模和包层模11

2.1.3　模的传播常数与有效折射率12

2.2　光纤光栅概述15

2.2.1　平面光栅15

2.2.2　光纤光栅18

2.2.3　光纤光栅谱20

2.2.4　非均匀光纤光栅21

2.3　光纤光栅的应用23

2.4　光纤的光敏性和载氢30

参考文献34

第3章　耦合模理论与光纤布拉格光栅41

3.1　规则光波导的本征模及模的正交性41

3.2　耦合模理论43

3.3　均匀光纤布拉格光栅的耦合模方程及其求解46

3.4　光纤布拉格光栅的带宽50

习题51

参考文献52

第4章　相移、切趾和啁啾光纤布拉格光栅53

4.1　相移光纤布拉格光栅及其传输矩阵53

4.2　模自耦合的影响60

4.3　切趾光纤布拉格光栅63

4.4　啁啾光纤布拉格光栅及Riccati方程65

4.5　啁啾光纤布拉格光栅的传输矩阵法分析68

4.6　光在光纤中传输时的色散和时延69

4.6.1　光的色散、相速、群速和时延69

4.6.2　光纤的色散和时延71

4.7　光纤布拉格光栅的色散72

4.8　啁啾光纤布拉格光栅的色散特性及其应用75

4.9　切趾对啁啾光纤布拉格光栅色散特性的影响78

习题80

参考文献81

第5章　取样光纤布拉格光栅及光纤光栅的多层模法分析85

5.1　取样光纤布拉格光栅的谐振条件及谱间隔86

5.2　取样光纤布拉格光栅的传输矩阵88

5.3　取样光纤布拉格光栅反射谱中的缺级现象92

5.4　切趾取样光纤布拉格光栅94

5.5　光纤布拉格光栅的级联97

5.6　法布里-珀罗光纤布拉格光栅滤波器98

5.7　光纤布拉格光栅的多层模法分析100

5.7.1　多层模的矩阵法101

5.7.2　多层模的迭代法104

习题105

参考文献106

第6章　光纤布拉格光栅传感器及其应用109

6.1　概述109

6.2　光纤布拉格光栅的轴向应变传感特性111

6.2.1　弹光效应112

6.2.2　光纤布拉格光栅的轴向应变灵敏度114

6.2.3　光纤布拉格光栅轴向应变灵敏度的数值计算116

6.3　光纤布拉格光栅的温度传感特性118

6.4　光纤布拉格光栅的温度与应变交叉敏感问题119

6.5　光纤布拉格光栅传感器的波长解调121

6.6　光纤光栅传感的复用技术和传感网络127

6.6.1　复用技术127

6.6.2　传感网络129

6.7　光纤布拉格光栅传感器应用130

6.7.1　光纤布拉格光栅传感器的主要应用130

6.7.2　光纤布拉格光栅传感器的安装、稳定性和耐久性问题131

参考文献131

第7章　长周期光纤光栅的基本特性137

7.1　概述137

7.2　长周期光纤光栅的耦合模理论分析139

7.3　长周期光纤光栅的耦合模方程求解141

7.4　谐振波长与耦合深度143

7.5　长周期光纤光栅的带宽146

7.6　长周期光纤光栅的传输矩阵149

7.7　相移长周期光纤光栅150

7.8　长周期光纤光栅的级联151

7.9　长周期光纤光栅的谱结构分析156

参考文献160

第8章　长周期光纤光栅的耦合常数163

8.1　长周期光纤光栅的模耦合常数163

8.1.1　模耦合常数164

8.1.2　2-2层介质模型长周期光纤光栅的纤芯模和包层模165

8.2　2-2层介质模型长周期光纤光栅的模耦合常数167

8.3　2-3层介质模型长周期光纤光栅的模耦合常数169

8.3.1　三层介质模型光纤的包层模169

8.3.2 三层介质光纤包层模本征方程的求解及包层HE/EH模172

8.3.3　2-3层介质模型长周期光纤光栅的模耦合173

8.3.4　纤芯模的弱导近似174

习题175

参考文献176

第9章　长周期光纤光栅传感特性177

9.1 长周期光纤光栅的轴向应变特性的简化分析177

9.2　轴向应变光纤的特点181

9.3　单轴晶体光纤的纤芯模和包层模本征方程181

9.3.1　两层介质模型单轴晶体光纤的纤芯模本征方程181

9.3.2　三层介质模型单轴晶体光纤的包层模本征方程182

9.4　轴向应变长周期光纤光栅的应变灵敏度分析183

9.5　长周期光纤光栅的温度传感特性186

9.5.1　温度对光纤纤芯模和包层模有效折射率的影响186

9.5.2　长周期光纤光栅的温度灵敏度188

9.6　长周期光纤光栅的折射率传感特性191

9.6.1　长周期光纤光栅折射率传感特性概述191

9.6.2　长周期光纤光栅的折射率灵敏度193

9.6.3　薄包层长周期光纤光栅的折射率灵敏度194

9.7　长周期光纤光栅的扭转196

9.7.1　ULPFG的扭转实验197

9.7.2　ULPFG的扭转特性分析198

9.7.3　CLPFG的扭转特性199

9.8　长周期光纤光栅的弯曲201

参考文献203

第10章　金属包层长周期光纤光栅207

10.1　金属的光学特性207

10.2　金属包层长周期光纤光栅的特点及包层模本征方程208

10.3　复本征方程的求解210

10.4　金属包层对长周期光纤光栅谐振波长的影响212

10.5　金属包层长周期光纤光栅谐振峰的电调谐214

参考文献215

第11章　光纤光栅的制作216

11.1　光纤光栅制作方法简介216

11.2　啁啾光纤布拉格光栅的制作224

11.3　取样光纤布拉格光栅的制作227

11.4　切趾光纤布拉格光栅的制作228

11.5　长周期光纤光栅制作中的若干问题229

参考文献234

附录A　两个包层模本征方程的等价性证明239

附录B　长周期光纤光栅纤芯模到包层模耦合常数241

附录C　单轴晶体光纤本征方程243

C.1　三层介质模型单轴晶体光纤中的电磁场方程243

C.2 三层介质模型单轴晶体光纤的包层HE/EH模本征方程243

C.3 三层介质模型单轴晶体光纤的纤芯HE/EH模本征方程249

附录D　单轴晶体光纤场方程251

D.1 单轴晶体光纤的HE/EH包层模场方程251

D.2　对易关系及单轴晶体光纤的HE/EH纤芯模场方程258

附录E　贝塞尔函数公式262