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第1章 光电传感器1

1.1 概述1

1.2 强度调制型光电传感器1

1.2.1 反射型光电传感器2

1.2.2 透射型光电传感器3

1.2.3 CCD在光电信号测量中的应用3

1.2.4 强度调制型光电传感器的设计6

1.3 相位调制光电传感器7

1.3.1 概述7

1.3.2 光波的叠加8

1.3.3 典型的干涉10

1.3.4 低相干光源干涉21

1.3.5 典型相位型光电传感器25

1.3.6 典型相位型光电传感器的设计28

1.3.7 典型相位型光电传感器的性能30

1.3.8 光的相干性33

1.3.9 激光的相干性40

1.4 偏振调制光电传感器41

1.4.1 概述41

1.4.2 弹光效应的应用42

1.4.3 法拉第效应的应用43

1.4.4 电光效应的应用44

1.4.5 光学电功率传感系统47

1.4.6 椭偏仪在薄膜测量中的应用49

1.4.7 偏振调制型光电传感器的设计53

1.5 波长调制型光电传感器54

1.5.1 概述54

1.5.2 激光多普勒测速55

1.5.3 激光感生荧光测温57

1.5.4 激光拉曼散射光谱测温59

1.5.5 相干反斯托克斯拉曼光谱测温技术60

1.6 光测高温术65

1.6.1 维恩位移定律65

1.6.2 光测高温67

1.7 衍射型光电传感器68

1.7.1 概述68

1.7.2 衍射的基本理论69

1.7.3 衍射型光电传感器的设计72

1.7.4 光波空间频率检测法76

1.7.5 激光衍射传感的应用实例80

1.7.6 基于单缝衍射的测量精度与最大量程分析87

1.8 小结88

习题与思考题90

第2章 波前传感器92

2.1 引言92

2.2 波前传感器的基本原理94

2.3 剪切干涉波前传感技术95

2.3.1 剪切干涉波前传感器的基本原理95

2.3.2 动态交变剪切干涉波前传感器95

2.3.3 动态交变剪切干涉波前传感器的特点97

2.4 动态哈特曼-夏克波前传感器技术97

2.4.1 哈特曼-夏克波前传感器工作原理97

2.4.2 哈特曼-夏克波前传感器的子孔径光斑质心探测误差98

2.5 曲率传感器技术99

2.6 像清晰化波前传感技术99

2.7 波前校正器100

2.7.1 变形反射镜100

2.7.2 变形反射镜结构104

2.7.3 高速倾斜反射镜106

2.8 波前传感器在自适应光学系统中的应用107

2.8.1 激光核聚变装置波前校正系统107

2.8.2 高分辨率自适应光学望远镜107

2.8.3 人眼视网膜成像自适应光学系统109

2.8.4 其他应用111

2.9 小结111

习题与思考题113

第3章 光纤传感器114

3.1 概述114

3.1.1 光纤传感器的定义及分类114

3.1.2 光纤传感器的特点114

3.2 振幅调制传感型光纤传感器与补偿技术115

3.2.1 光纤微弯传感器115

3.2.2 光纤受抑全内反射传感器117

3.2.3 光纤辐射传感器117

3.2.4 振幅调制型光纤传感器的补偿技术118

3.3 相位调制传感型光纤传感器与信号解调技术122

3.3.1 马赫-曾德尔光纤干涉仪和迈克耳逊光纤干涉仪123

3.3.2 Sagnac光纤干涉仪124

3.3.3 光纤法布里-珀罗干涉仪130

3.3.4 光纤环形腔干涉仪135

3.3.5 白光干涉型光纤传感器137

3.3.6 外界压力、温度对光纤干涉仪的影响144

3.3.7 干涉型光纤传感器的信号解调技术148

3.3.8 相位生成载波（PGC）解调方案152

3.3.9 光纤干涉仪的传感应用153

3.4 偏振态调制型光纤传感器154

3.4.1 光纤电流传感器154

3.4.2 双折射对光纤传感的影响157

3.4.3 对光纤电流传感器探头的进一步分析158

3.4.4 光纤偏振干涉仪161

3.5 波长调制型光纤传感器162

3.5.1 引言162

3.5.2 光纤光栅的分类162

3.5.3 光纤布拉格光栅应变传感模型分析165

3.5.4 光纤布拉格光栅温度传感模型分析169

3.5.5 光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用171

3.5.6 长周期光纤光栅在传感领域的应用174

3.5.7 光纤光栅折射率传感技术175

3.5.8 LPG M-Z干涉仪折射率传感器180

3.6 光纤荧光温度传感器182

3.6.1 光纤荧光温度传感原理182

3.6.2 荧光寿命测温183

3.6.3 荧光强度比测温184

3.6.4 荧光传感材料185

3.6.5 荧光测温系统187

3.6.6 荧光测温系统在工业界的应用188

3.7 分布式光纤传感器190

3.7.1 概述190

3.7.2 散射型分布式光纤传感器192

3.7.3 偏振型分布式光纤传感器196

3.7.4 相位型分布式光纤传感器196

3.7.5 微弯型分布式光纤传感器197

3.7.6 荧光型分布式光纤传感器197

3.7.7 其他类型的分布式光纤传感器199

3.7.8 应用201

3.8 聚合物光纤传感器201

3.8.1 概述201

3.8.2 多模聚合物光纤传感器及其应用203

3.8.3 聚合物光纤光栅传感器210

3.9 光子晶体光纤及其在传感中的应用211

3.9.1 概述211

3.9.2 光子晶体光纤在传感中的应用212

3.9.3 高双折射光子晶体光纤215

3.9.4 双模光子晶体光纤传感器215

3.9.5 掺杂的微结构聚合物光纤传感器217

3.9.6 其他传感应用218

3.10 微小型光纤传感器218

3.10.1 概述218

3.10.2 微光纤传感器218

3.10.3 微纳米光纤传感器223

3.11 传光型光纤传感器224

3.11.1 振幅调制传光型光纤传感器224

3.11.2 相位调制传光型光纤传感器226

3.11.3 偏振态调制传光型光纤传感器227

3.12 光纤传感网络228

3.12.1 可用于构成光纤传感网的传感器229

3.12.2 成网技术229

3.13 光纤传感技术的发展趋势及课题233

3.14 小结233

习题与思考题234

第4章 激光全息检测技术236

4.1 概述236

4.2 全息原理238

4.2.1 基元全息图238

4.2.2 基本公式239

4.3 物像关系240

4.3.1 基元全息图条纹的分布241

4.3.2 点光源照明的波前再现243

4.4 全息干涉计量244

4.4.1 概述244

4.4.2 二次曝光法246

4.4.3 单次曝光法252

4.4.4 时间平均法253

4.5 全息干涉条纹的实验数据处理254

4.5.1 全息干涉条纹的定位与解释254

4.5.2 折射率二维分布位相物体的数学反演257

4.5.3 折射率轴向对称分布位相物体的数学反演257

4.5.4 折射率三维分布位相物体的数学反演258

4.6 激光散斑检测技术260

4.6.1 概述260

4.6.2 激光散斑的原理和特点260

4.6.3 激光散斑技术262

4.6.4 散斑干涉技术的应用264

4.7 小结267

习题与思考题267

第5章 光层析传感器268

5.1 概述268

5.2 计算机层析成像的图像重建原理270

5.2.1 变换方法270

5.2.2 迭代重建法272

5.2.3 二维傅里叶图像重建法273

5.2.4 滤波反投影图像重建法274

5.2.5 系列展开法276

5.2.6 统计方法276

5.2.7 有限元法279

5.2.8 人工神经网络法279

5.2.9 小波多分辨分析法280

5.2.10 各种算法总结及讨论282

5.3 医用射线CT成像技术284

5.3.1 医用X-CT成像技术284

5.3.2 核辐射CT成像技术285

5.4 工业CT成像技术288

5.4.1 工业CT成像的原理288

5.4.2 工业CT成像系统的组成289

5.4.3 工业CT成像系统的主要性能289

5.4.4 工业CT成像的应用290

5.5 中子成像技术290

5.6 光学层析成像291

5.6.1 概述291

5.6.2 光在介质中的传输特性292

5.6.3 光学CT发展现状293

5.6.4 光相干成像技术（OCT）295

5.6.5 光弥散层析成像技术（DOT）298

5.6.6 光过程层析成像（OPT）298

5.7 小结303

习题与思考题304

第6章 光电微型传感器305

6.1 微光系统简介305

6.1.1 概述305

6.1.2 微制造技术与微传感器的进展306

6.1.3 光电微型传感器的应用领域与市场308

6.2 微型光学元件309

6.2.1 折射和衍射微光学器件309

6.2.2 二元和多阶光学器件311

6.2.3 亚波长光学元件312

6.2.4 微光器件阵列313

6.2.5 微光波导器件313

6.2.6 微光通信器件314

6.2.7 器件集成318

6.3 微光机电系统的设计理论、制造与封装技术319

6.3.1 微光机电系统（MOEMS）319

6.3.2 微（光机电）系统设计理论321

6.3.3 微光学加工技术322

6.3.4 微型系统的封装326

6.4 典型的光电微型传感器332

6.4.1 概述332

6.4.2 基于光电探测器的光电微小型传感器333

6.4.3 基于微位移的光电微小型传感器334

6.4.4 基于光波导的光电微小型传感器335

6.4.5 基于光波导的微小型光纤传感器340

6.4.6 生物传感器342

6.5 微系统设计流程与举例344

6.5.1 设计关注的主要问题344

6.5.2 微光机电系统的设计举例347

6.5.3 计算机辅助设计CAD349

6.5.4 设计举例349

6.6 小结351

习题与思考题352

第7章 纳米光子学传感器353

7.1 纳米光子学与系统353

7.1.1 纳米光子学353

7.1.2 纳米尺度的基本效应353

7.1.3 纳米器件、系统与纳米技术355

7.2 纳米制造技术358

7.2.1 概述358

7.2.2 物理蒸汽合成358

7.2.3 分子束取向附生和有机金属蒸汽取向附生358

7.2.4 多光子聚合与三维光刻359

7.2.5 纳米压印技术359

7.2.6 电子束刻蚀360

7.2.7 高温拉伸法361

7.3 纳米光子学元器件362

7.3.1 纳米探针362

7.3.2 近场光学装置362

7.3.3 微环谐振器364

7.3.4 金属纳米颗粒阵列366

7.3.5 硅基纳米光器件368

7.4 典型纳米光子传感器371

7.4.1 概述371

7.4.2 基于金属纳米颗粒结构的SPR传感器371

7.4.3 光子晶体纳米传感器375

7.4.4 近场光学传感器SNOM376

7.4.5 基于分子自组装技术的SPR传感器378

7.4.6 基于微环谐振器的纳米光传感器379

7.4.7 纳米光纤传感器380

7.5 纳米机电与光系统的设计与建模概要383

7.5.1 NEMS系统的设计383

7.5.2 纳米级机电系统、装置与结构的建模385

7.6 纳米光系统设计举例——基于Si纳米线的AWG滤波器设计389

7.7 小结393

习题与思考题394

参考文献395