圖書基本信息
書名:乾涉型光縴傳感用光電子器件技術
ISBN:9787030362025
著者:王巍,丁東發,夏君磊
齣版社:科學齣版社
POD版定價:168元
正文語言:中文
裝幀:平裝
開本:16
頁數:404
字數:600000
目錄
序
前言
第1章 緒論
1.1 光縴傳感技術發展曆程
1.1.1 乾涉型光縴傳感器的發展
1.1.2 光縴光柵傳感器的發展
1.1.3 分布式光縴傳感器的發展
1.1.4 其他類型光縴傳感器
1.2 光縴傳感器的分類
1.3 光縴傳感技術中涉及的典型物理效應
1.4 光縴乾涉儀原理及特點
1.4.1 邁剋耳孫乾涉儀
1.4.2 馬赫-曾德爾乾涉儀
1.4.3 薩格納剋乾涉儀
1.4.4 法布裏-珀羅乾涉儀
1.5 乾涉型光縴傳感器相位解調方法
1.5.1 零差相位解調法
1.5.2 外差解調法
1.6 乾涉型光縴傳感用光電子器件
1.6.1 乾涉型光縴傳感用光電子器件分類及特點
1.6.2 光縴傳感係統設計與光電子器件的關係
1.6.3 乾涉型光縴傳感用光電子器件發展及應用中的主要技術問題
參考文獻
第2章 乾涉型光縴傳感器及其光電子器件的技術特點
2.1 邁剋耳孫乾涉型光縴傳感器及其典型應用
2.1.1 邁剋耳孫乾涉型光縴水聽器
2.1.2 邁剋耳孫乾涉型光縴加速度傳感器
2.1.3 邁剋耳孫乾涉型光縴傳感器用光電子器件的技術特點
2.2 馬赫-曾德爾乾涉型光縴傳感器及其典型應用
2.2.1 馬赫-曾德爾乾涉型光縴水聽器
2.2.2 馬赫-曾德爾乾涉型光縴擾動傳感器
2.2.3 馬赫-曾德爾乾涉型光縴傳感器用光電子器件的技術特點
2.3 薩格納剋乾涉型光縴傳感器及其典型應用
2.3.1 乾涉型光縴陀螺儀
2.3.2 光縴電流互感器
2.3.3 薩格納剋乾涉型分布式光縴傳感器
2.3.4 薩格納剋乾涉型光縴傳感器用光電子器件的技術特點
2.4 法布裏-珀羅乾涉型光縴傳感器及其典型應用
2.4.1 法布裏-珀羅乾涉型光縴溫度傳感器
2.4.2 法布裏-珀羅乾涉型光縴應變傳感器
2.4.3 法布裏-珀羅乾涉型光縴壓力傳感器
2.4.4 法布裏-珀羅乾涉型光縴傳感器用光電子器件的技術特點
2.5 白光乾涉型光縴傳感器及其典型應用
2.5.1 基於掃描乾涉儀的白光乾涉型光縴傳感器
2.5.2 光譜域白光乾涉型光縴傳感器
2.5.3 白光乾涉型光縴傳感器用光電子器件的技術特點
參考文獻
第3章 光縴及其在乾涉型光縴傳感中的應用技術
3.1 光縴的結構與分類
3.1.1 單模光縴
3.1.2 保偏光縴
3.2 光縴性能參數及測試方法
3.2.1 光學特性參數
3.2.2 幾何特性參數
3.2.3 機械特性參數
3.3 光縴製備工藝
3.3.1 單模光縴製備工藝
3.3.2 保偏光縴製備工藝
3.3.3 抗輻照保偏光縴製備工藝
3.4 光縴的特性及乾涉型光縴傳感應用要求
3.4.1 乾涉型光縴傳感用光縴的分類及應用要求
3.4.2 三種應力型保偏光縴的特點
3.4.3 光縴的應用環境適應性
3.5 光縴在乾涉型光縴傳感中應用的主要物理效應
3.5.1 光縴中的光波偏振交叉耦閤
3.5.2 光縴的非綫性效應
3.5.3 光縴的法拉第效應
3.5.4 光縴的彈光效應
3.5.5 光縴的熱光效應
3.6 光縴環技術
3.6.1 光縴陀螺儀光縴敏感環
3.6.2 光縴電流互感器光縴敏感環
3.6.3 光縴水聽器光縴敏感環
3.6.4 光縴延時環
3.7 光子晶體光縴
3.7.1 光子晶體光縴的概念和工作原理
3.7.2 光子晶體光縴的主要特性
3.7.3 光子晶體保偏光縴的設計、製備及特點
3.7.4 光子晶體光縴在光縴傳感中的應用
參考文獻
第4章 光縴耦閤器
4.1 光縴耦閤器工作原理
4.2 光縴耦閤器主要性能參數及測試方法
4.3 2×2光縴耦閤器性能參數設計與製備工藝
4.3.1 光縴耦閤器主要光學性能參數設計
4.3.2 光縴耦閤器製備工藝
4.4 乾涉型光縴傳感用光縴耦閤器的特性及應用要求
4.4.1 單模光縴耦閤器的主要特性
4.4.2 保偏光縴耦閤器的主要特性
4.4.3 光縴耦閤器的應用要求
4.5 其他類型耦閤器
4.5.1 3×3(1×3)光縴耦閤器
4.5.2 光縴波分復用器
4.5.3 微光元件型耦閤器
4.5.4 集成光波導型耦閤器
參考文獻
第5章 光縴偏振器件
5.1 光縴偏振器
5.1.1 光縴偏振器工作原理
5.1.2 光縴偏振器分類
5.1.3 光縴偏振器性能參數及測試方法
5.1.4 光縴偏振器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
5.2 光縴消偏器
5.2.1 光縴消偏器工作原理
5.2.2 光縴消偏器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
5.3 光縴隔離器
5.3.1 光縴隔離器工作原理與結構
5.3.2 光縴隔離器性能參數及測試方法
5.3.3 光縴隔離器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
5.4 光縴環行器
5.4.1 光縴環行器工作原理
5.4.2 光縴環行器性能參數及測試方法
5.4.3 光縴環行器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
參考文獻
第6章 相位調製器
6.1 相位調製原理
6.1.1 電光相位調製
6.1.2 彈光相位調製
6.1.3 聲光相位調製
6.2 Ti擴散LiNbO
3相位調製器
6.2.1 主要性能參數及設計
6.2.2 Ti擴散LiNbO
3電光相位調製器製備工藝
6.2.3 乾涉型光縴傳感用Ti擴散LiNbO
3相位調製器的特性及應用要求
6.3 質子交換LiNbO
3相位調製器
6.3.1 Y型質子交換LiNbO
3相位調製器設計
6.3.2 質子交換LiNbO
3相位調製器製備工藝
6.3.3 乾涉型光縴傳感用質子交換LiNbO
3相位調製器的特性及應用要求
6.4 壓電陶瓷相位調製器
6.4.1 壓電陶瓷相位調製器原理
6.4.2 壓電陶瓷相位調製器設計
6.4.3 乾涉型光縴傳感用PZT相位調製器的特性及應用要求
參考文獻
第7章 其他光無源器件
7.1 光縴自聚焦透鏡
7.1.1 光縴自聚焦透鏡的工作原理與光學特性
7.1.2 光縴自聚焦透鏡的主要性能參數
7.1.3 光縴自聚焦透鏡在乾涉型光縴傳感中的應用要求
7.2 光縴準直器
7.2.1 光縴準直器的分類
7.2.2 光縴準直器的結構與設計
7.2.3 光縴準直器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
7.3 光縴濾波器
7.3.1 M-Z光縴濾波器
7.3.2 F-P光縴濾波器
7.3.3 光縴光柵濾波器
7.3.4 光縴濾波器在乾涉型光縴傳感中的應用要求
7.4 光縴反射鏡
7.4.1 光縴環路反射鏡
7.4.2 介質膜光縴反射鏡
7.4.3 金屬膜光縴反射鏡
7.4.4 光縴法拉第鏇轉反射鏡
7.4.5 光縴反射鏡在乾涉型光縴傳感中的應用要求
7.5 光縴光柵
7.5.1 布拉格光縴光柵
7.5.2 光縴光柵的製備
7.5.3 光縴光柵的主要性能參數
7.5.4 光縴光柵在乾涉型光縴傳感中的應用要求
參考文獻
第8章 半導體光源器件
8.1 半導體激光器工作原理
8.1.1 光的自發輻射、受激輻射與受激吸收
8.1.2 閾值條件
8.2 半導體光源的分類與結構
8.2.1 激光二極管
8.2.2 發光二極管
8.2.3 超輻射發光二極管
8.3 半導體光源設計與工藝
8.3.1 半導體光源的材料
8.3.2 半導體光源主要性能參數設計
8.3.3 半導體光源組件的結構及封裝
8.3.4 半導體光源組件工藝
8.4 乾涉型光縴傳感用半導體光源的特性及應用要求
8.4.1 半導體光源的主要特性
8.4.2 半導體光源的應用要求
參考文獻
第9章 摻鉺光縴有源器件
9.1 摻鉺光縴有源器件工作原理
9.1.1 摻鉺光縴的工作原理及特性
9.1.2 超熒光摻鉺光縴光源的工作原理
9.1.3 摻鉺光縴激光器的工作原理
9.2 摻鉺光縴有源器件用光電子器件
9.3 超熒光摻鉺光縴光源
9.3.1 超熒光摻鉺光縴光源的結構
9.3.2 超熒光摻鉺光縴光源的主要性能參數
9.3.3 超熒光摻鉺光縴光源設計
9.3.4 乾涉型光縴傳感用超熒光摻鉺光縴光源的特性及應用要求
9.4 摻鉺光縴激光器
9.4.1 摻鉺光縴激光器的特點及分類
9.4.2 摻鉺光縴激光器主要性能參數
9.4.3 DBR摻鉺光縴激光器設計
9.4.4 乾涉型光縴傳感用摻鉺光縴激光器的特性及應用要求
參考文獻
第10章 光電探測器
10.1 光電探測器工作原理
10.1.1 光電轉換原理
10.1.2 PN結光電二極管
10.2 PIN光電探測器組件
10.2.1 PIN光電二極管及光電探測器組件
10.2.2 PIN光電探測器組件主要性能參數及測試
10.2.3 PIN光電探測器組件設計與工藝
10.2.4 乾涉型光縴傳感用PIN光電探測器組件的特性及應用要求
10.3 雪崩光電二極管
10.3.1 APD的工作原理
10.3.2 APD的結構
10.3.3 乾涉型光縴傳感用APD光電探測器的特性及應用要求
參考文獻
第11章 光電子器件可靠性技術
11.1 光電子器件應用環境條件
11.2 光電子器件主要失效模式及機理
11.2.1 光縴的主要失效模式及機理
11.2.2 光縴耦閤器的主要失效模式及機理
11.2.3 集成光學相位調製器的主要失效模式及機理
11.2.4 半導體光源組件的主要失效模式及機理
11.2.5 光電探測器組件的主要失效模式及機理
11.3 光電子器件典型環境適應性試驗
11.3.1 溫度環境適應性試驗
11.3.2 力學環境適應性試驗
11.3.3 熱真空環境適應性試驗
11.3.4 輻照環境適應性試驗
11.4 光電子器件可靠性篩選
11.4.1 光電子器件可靠性篩選條件
11.4.2 光電子器件可靠性篩選方法
11.4.3 光電子器件可靠性篩選項目
11.5 光電子器件可靠性試驗
11.6 光電子器件壽命預計與評估方法
11.6.1 産品可靠性指標及光縴傳感器MTBF預計
11.6.2 光電子器件壽命預計及試驗設計
11.6.3 光電子器件加速壽命試驗失效判據
11.6.4 光電子器件加速壽命試驗方法
11.6.5 光電子器件MTTF的統計法
11.6.6 光縴壽命預計
參考文獻
附錄 縮略語
索引
光電傳感新紀元:深入解析乾涉型光縴傳感核心技術與器件 本書並非《[按需印刷] 乾涉型光縴傳感用光電子器件技術》,而是另一本聚焦於光電傳感領域,特彆是乾涉型光縴傳感技術及其關鍵光電子器件應用的深度探索。我們將以一種前所未有的視角,撥開迷霧,深入解析這項改變我們感知世界方式的尖端技術,並詳細闡述支撐其高效運轉的光電子器件的設計、製造與應用。 引言:光電傳感的時代浪潮與乾涉型光縴傳感的獨特魅力 在現代科技飛速發展的今天,精準、可靠、實時的數據采集已經成為各行各業不可或缺的基石。從工業自動化到環境保護,從醫療診斷到國防安全,無不依賴於先進的傳感技術。而光電傳感,憑藉其高靈敏度、抗電磁乾擾、易於集成等優勢,正日益成為傳感器技術發展的主流方嚮。 在眾多光電傳感技術中,乾涉型光縴傳感以其獨特的優勢脫穎而齣。它巧妙地利用光的乾涉原理,將環境中微小的物理量變化(如溫度、壓力、應變、摺射率等)轉化為光信號的相位、強度或頻率變化,從而實現高精度、遠程、分布式傳感。這種技術具有極高的靈敏度,能夠檢測到極其細微的環境變化,並且由於信息傳輸介質是光縴,其抗電磁乾擾能力超群,為在復雜惡劣環境下進行可靠測量提供瞭可能。 本書將帶您走進光電傳感的全新領域,重點關注乾涉型光縴傳感的理論基礎、關鍵技術以及支撐這些技術實現的核心光電子器件。我們旨在為讀者提供一個全麵、深入、係統性的知識框架,幫助您理解這項技術的精髓,洞察其發展趨勢,並為相關的研發和應用提供堅實的基礎。 第一章:乾涉型光縴傳感的基本原理與發展曆程 本章將從最基礎的光學原理齣發,闡述乾涉型光縴傳感的工作機製。我們將詳細介紹光的乾涉現象,並將其與光縴傳感的結閤。 光的乾涉原理迴顧:本節將簡要迴顧光的波粒二象性、相乾性以及楊氏雙縫乾涉等經典實驗,為理解光縴乾涉打下基礎。 光縴中的乾涉:我們將重點介紹光縴中乾涉的主要形式,包括馬赫-曾德爾(Mach-Zehnder)、邁剋爾遜(Michelson)以及法布裏-珀羅(Fabry-Perot)等乾涉結構在光縴中的實現方式。 乾涉型光縴傳感的分類與特點:本節將根據不同的乾涉結構和傳感原理,對乾涉型光縴傳感器進行分類,並分析其各自的優勢、劣勢及適用範圍。例如,我們將探討基於相位調製、強度調製和頻率調製的傳感機製。 乾涉型光縴傳感器的發展簡史:迴顧從早期理論提齣到現代高精度傳感係統發展的關鍵節點,瞭解技術進步的驅動因素和重要裏程碑。 第二章:核心光電子器件:光源的選取與優化 作為乾涉型光縴傳感係統的“心髒”,光源的性能直接影響著傳感係統的靈敏度、分辨率和穩定性。本章將深入探討適閤此類應用的光源及其關鍵參數。 激光器在光縴傳感中的作用:闡述為何激光器是乾涉型光縴傳感的首選光源,包括其高相乾性、高單色性、高亮度以及良好的方嚮性。 常用激光器類型及其特性: 窄綫寬激光器:重點介紹分布式布拉格反射(DBR)激光器、分布反饋(DFB)激光器、光縴激光器等,分析其綫寬、穩定性、輸齣功率等參數對傳感精度的影響。 寬帶光源:在某些特定應用中,寬帶光源(如超輻射發光二極管(SLED)、摻鉺光縴放大器(EDFA)輸齣等)也可能發揮作用,我們將分析其適用場景和技術挑戰。 光源參數優化與匹配:如何根據具體的傳感應用需求(如測量範圍、精度要求、環境條件等)選擇最閤適的光源,並進行必要的參數調優,例如波長穩定性、功率穩定性、偏振特性等。 新興光源技術展望:簡要介紹量子點激光器、微環諧振腔激光器等前沿光源技術在光縴傳感領域的潛在應用。 第三章:光電器件:光調製器與耦閤器的精密設計 光信號的産生、耦閤、調製和解調是乾涉型光縴傳感係統中的關鍵環節。本章將聚焦於實現這些功能的關鍵光電子器件。 光縴耦閤器: 類型與原理:詳細介紹熔融拉錐(Fused Fiber Couplers)和定嚮耦閤器(Directional Couplers)等類型,闡述其光能分配原理。 關鍵參數與選擇:分析分光比、插入損耗、迴波損耗、偏振相關損耗等參數,以及如何根據乾涉結構選擇閤適的耦閤器。 精密製造與封裝:探討提高耦閤器性能的製造工藝和封裝技術。 光調製器: 功能與分類:介紹光調製器在乾涉型光縴傳感中的作用,如引入相位調製、信號編碼等。 電光調製器(EOM):重點介紹基於鈮酸鋰(LiNbO3)等材料的電光調製器,分析其驅動電壓、調製帶寬、插入損耗等關鍵指標。 聲光調製器(AOM):探討其在頻率調製或多路復用中的應用。 微機電係統(MEMS)光調製器:介紹其在小型化、低功耗設計中的優勢。 調製方案與信號處理:結閤具體傳感應用,討論不同的調製方案(如三角波調製、方波調製、綫性掃頻等)及其對信號解調的影響。 第四章:光電器件:光探測器的靈敏度與響應速度 探測器是接收並轉換光信號為電信號的關鍵組件,其性能直接決定瞭傳感係統的信噪比和響應速度。 光電探測器的基本原理:介紹光電導效應、光伏效應等,以及p-i-n光電二極管和雪崩光電二極管(APD)的工作原理。 常用光電探測器及其特性: 半導體光電二極管:重點介紹矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、銦鎵砷(InGaAs)等材料的光電二極管,分析其響應範圍、量子效率、暗電流、噪聲等參數。 雪崩光電二極管(APD):闡述其內部增益機製,分析其響應速度、噪聲當量(NEP)、探測度(D)等關鍵性能指標。 熱探測器:簡要介紹其在特定應用中的作用。 探測器性能優化與選擇:根據光源特性、信號強度、環境噪聲等因素,選擇最閤適的探測器,並討論如何降低探測器噪聲,提高信噪比。 探測器陣列與並行探測:在分布式傳感或多通道傳感係統中,介紹探測器陣列的應用及其優勢。 第五章:乾涉型光縴傳感器的係統設計與集成 本章將從係統整體的角度,探討乾涉型光縴傳感器的設計理念、關鍵要素以及集成挑戰。 係統架構設計: 光源、傳感頭、解調器一體化設計:分析不同乾涉結構(如Sagnac、Fabry-Perot、Mach-Zehnder等)的典型係統架構。 分布式傳感係統架構:介紹基於瑞利散射、布裏淵散射、拉曼散射的分布式傳感係統,以及如何利用乾涉原理實現高精度定位和測量。 傳感頭的設計與優化: 不同傳感機製的傳感頭實現:如基於錶麵等離子體共振(SPR)的摺射率傳感器、基於光縴光柵(FBG)的應變/溫度傳感器(盡管FBG不直接屬於乾涉型,但其解調常與乾涉技術結閤),以及其他基於特殊光縴結構的傳感頭。 封裝技術與環境適應性:討論如何保護傳感頭免受外部環境影響,並保證其長期穩定性。 信號解調技術: 基於乾涉條紋移位的解調:介紹如何通過分析乾涉條紋的位置變化來測量物理量。 基於光強變化的解調:在某些情況下,通過分析乾涉光強的變化來推算物理量。 數字信號處理(DSP)與算法:討論先進的信號處理算法,如傅裏葉變換(FT)、相位追蹤(PT)、小波分析(WA)等,在提高解調精度和魯棒性方麵的作用。 係統集成與校準: 光路設計與優化:如何最小化係統損耗,提高信號質量。 熱穩定性與機械振動抑製:探討如何解決光縴係統中的熱漂移和機械振動問題。 係統校準與標定:建立傳感係統與被測物理量之間的精確關係。 第六章:乾涉型光縴傳感器的關鍵應用領域與發展前瞻 本章將聚焦於乾涉型光縴傳感器的實際應用,並展望其未來的發展趨勢。 工業領域: 結構健康監測(SHM):在橋梁、隧道、建築物等大型結構中,用於監測應變、位移、振動等,及時發現潛在危險。 石油與天然氣行業:井下溫度、壓力、液位監測,以及管道泄漏檢測。 電力行業:高壓輸電綫路的溫度、振動監測,變壓器的溫度監測。 航空航天領域: 飛機機翼、機身結構監測:用於實時監測結構的受力狀態,提高飛行安全性。 發動機狀態監測:監測關鍵部件的溫度、振動等參數。 醫療領域: 內窺鏡成像:利用光縴乾涉原理實現高分辨率的內窺鏡成像。 生物傳感器:用於檢測微量生物分子,實現疾病診斷。 微創手術器械:提供精確的位置和力反饋。 環境監測領域: 大氣、水體、土壤汙染物監測:實現高靈敏度的氣體、液體、重金屬離子等檢測。 地質災害預警:監測地殼微小形變,預測地震、滑坡等。 國防與安全領域: 邊境巡邏與反恐:用於人員、車輛的入侵檢測。 水下探測與聲學傳感:高靈敏度的水聲傳感器。 未來發展趨勢: 小型化與集成化:嚮著微型化、芯片化方嚮發展,集成更多功能。 智能化與網絡化:結閤人工智能(AI)和物聯網(IoT)技術,實現更智能的傳感網絡。 多功能與多參數集成:開發能夠同時測量多種物理量的新型傳感器。 新材料與新工藝的應用:探索新型光縴材料、納米材料等,提升傳感器性能。 結語:擁抱光電傳感新未來 乾涉型光縴傳感技術以其卓越的性能,正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵,深刻地改變著我們認識和改造世界的方式。本書通過對核心光電子器件的深入剖析,以及對係統設計和應用領域的廣泛探討,旨在為所有對光電傳感技術感興趣的讀者提供一份寶貴的研究和參考資料。我們相信,對這些基礎理論和關鍵技術的深刻理解,將激發更多創新靈感,推動光電傳感技術邁嚮一個更加輝煌的未來。