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第1章 绪论1

1.1 概述1

1.2 光纤传感技术2

1.3 光纤折射率传感器的研究现状6

1.4 光纤湿度传感器的研究现状9

1.5 光纤折射率传感器与湿度传感器的应用概况13

第2章 光纤传感的基本理论16

2.1 光纤布拉格光栅传感原理16

2.1.1 光纤布拉格光栅的结构原理16

2.1.2 光纤布拉格的耦合模方程17

2.1.3 光纤布拉格光栅的传感原理19

2.2 长周期光纤光栅传感原理20

2.2.1 纤芯基模与包层模的有效折射率21

2.2.2 长周期光纤光栅的模式耦合方程24

2.2.3 长周期光纤光栅的传感原理28

2.3 光纤干涉仪29

2.3.1 光纤马赫-曾德干涉仪29

2.3.2 光纤萨格纳克干涉仪32

2.3.3 光纤迈克尔逊干涉仪33

2.3.4 光纤法布里-珀罗干涉仪34

2.4 本章小结36

第3章 微纳光纤布拉格光栅的折射率与湿度传感特性37

3.1 微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性的理论模拟37

3.1.1 纤芯有效折射率与纤芯直径和环境折射率的关系38

3.1.2 微纳光纤布拉格光栅对环境折射率的响应规律40

3.2 微纳光纤布拉格光栅的制作43

3.3 折射率传感特性44

3.4 湿度传感研究46

3.4.1 利用光纤测量湿度的工作原理46

3.4.2 湿度传感特性48

3.5 本章小结49

第4章 基于SMS光纤结构结合光纤布拉格光栅的传感器50

4.1 SMS光纤结构的传感原理50

4.2 SMS光纤结构的数值模拟分析54

4.2.1 SMS光纤结构内部光场分布的数值模拟55

4.2.2 多模纤芯直径对光场分布的影响57

4.2.3 多模纤芯长度对光场分布的影响59

4.2.4 各阶模式的光场分布61

4.2.5 环境折射率对光场分布的影响63

4.3 SMS光纤结构的折射率传感实验研究65

4.3.1 SMS光纤结构的制作65

4.3.2 折射率传感特性66

4.4 基于SMS光纤结构结合光纤布拉格光栅传感器的制作69

4.5 传感器的理论分析72

4.6 传感器的实验研究74

4.6.1 折射率传感特性74

4.6.2 湿度传感特性76

4.7 本章小结78

第5章 基于光纤锥型马赫-曾德干涉仪的湿度传感器与折射率传感器79

5.1 光纤锥型马赫-曾德干涉仪的基本原理79

5.2 基于双光纤锥型马赫-曾德干涉仪的湿度传感器80

5.2.1 传感器的制作81

5.2.2 理论分析82

5.2.3 干涉光谱的傅里叶分析84

5.2.4 湿度传感特性85

5.2.5 温度传感特性88

5.3 基于多模光纤与光纤锥的马赫-曾德干涉仪的湿度传感器89

5.3.1 传感器的制作89

5.3.2 理论分析90

5.3.3 湿度传感特性92

5.3.4 温度传感特性94

5.4 基于多模纤芯与光纤锥的马赫-曾德干涉仪的折射率传感器95

5.4.1 传感器的制作96

5.4.2 理论分析98

5.4.3 折射率传感特性99

5.4.4 温度传感特性102

5.5 本章小结103

第6章 STMS光纤结构的折射率和湿度传感特性105

6.1 STMS光纤结构的传感原理105

6.2 STMS光纤结构的数值模拟分析106

6.2.1 光纤长度对光场分布的影响108

6.2.2 多模纤芯直径对光场分布的影响110

6.2.3 环境折射率对光场分布的影响110

6.3 STMS光纤结构的制作112

6.4 STMS光纤结构的传感特性研究115

6.4.1 折射率传感特性115

6.4.2 湿度传感特性119

6.4.3 温度传感特性119

6.4.4 湿度传感方案的构思121

6.5 本章小结122

第7章 基于长周期光纤光栅的折射率传感器123

7.1 基于LPFG嵌入保偏Sagnac环的折射率传感器123

7.1.1 传感器制作125

7.1.2 折射率传感特性126

7.1.3 温度传感特性128

7.2 基于LPFG熔接多模光纤的折射率传感器129

7.2.1 传感器制作与原理130

7.2.2 折射率传感特性131

7.3 本章小结134

参考文献136