微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究 毕卫红 等 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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毕卫红 等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030489159

商品编码：29731358528

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名：微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究

定价：60.00元

作者：毕卫红 等

出版社：科学出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787030489159

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：B5

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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导语_点评_推荐词

内容提要

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本书主要分3个部分。部分为微结构光纤光栅理论与特性研究，主要介绍了紫外曝光方法和CO2激光脉冲方法下微结构光纤光栅（MOFG）的成栅机理、分析MOFG所用的理论方法和典型微结构光纤（MOF）下光栅的传输谱特性；第2部分分为微结构光纤光栅制备研究，主要介绍了紫外曝光法和CO2激光脉冲法制备MOFG；第3部分为微结构光纤光栅传感应用研究，主要包括柚子型MOF光栅和高双折射MOF光栅的传感研究。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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本书简介 在现代科技日新月异的浪潮中，光纤传感技术凭借其高精度、高灵敏度、抗电磁干扰以及传输损耗低的独特优势，在众多领域扮演着越来越重要的角色。从工业监测到生物医学诊断，从环境监测到大地测量，光纤传感器无处不在，为我们理解和改造世界提供了前所未有的工具。而微结构光纤光栅（Microstructured Fiber Gratings, MFGs），作为光纤传感领域的一颗璀璨明珠，更是以其独特的结构设计和优异的光学性能，在近年来受到了广泛的关注和深入的研究。 本书正是聚焦于微结构光纤光栅这一前沿科学技术，对其核心特性、精湛制备工艺以及多元化的传感应用进行了全面而深入的探讨。本书的出版，旨在为从事光纤光学、传感技术、材料科学以及相关工程领域的科研人员、工程师、研究生及相关专业学生提供一本系统、详实、兼具理论深度与实践指导的参考著作。 第一部分：微结构光纤光栅的核心特性 本书首先着眼于微结构光纤光栅的基础理论和核心特性，为读者构建起坚实的理论框架。 微结构光纤的独特光学性质： 微结构光纤，也称为空芯光纤或多孔光纤，其核心区域并非由实心的玻璃材料构成，而是包含了一个或多个空气孔或填充有其他材料的腔体。这种结构赋予了光纤全新的光学传播机制。我们将详细阐述微结构光纤在限制光传输方面的独特性，例如其具有比传统单模光纤更低的非线性效应、独特的色散特性、以及可控的偏振保持能力等。我们将深入剖析不同微结构设计（如倒置光子晶体光纤、多芯光纤等）如何影响光场的分布和传播模式，以及这些特性如何为光栅的构建提供新的可能性。 光栅的基本原理与微结构光纤的结合： 光栅作为一种重要的光学元件，其基本原理是通过周期性的折射率调制来与光波发生衍射或反射。在微结构光纤中引入光栅，意味着我们需要考虑光栅结构与光纤微结构之间的相互作用。本书将详细介绍制作光栅的基本方法，如紫外曝光法、飞秒激光直写法等，并重点探讨这些方法在微结构光纤上的应用。我们将深入分析在微结构光纤内部或表面形成光栅时，光栅周期、深度、占空比等参数如何影响光栅的反射/透射谱。 微结构光纤光栅的特有响应机制： 微结构光纤光栅的独特之处在于，其传感响应不再仅仅局限于传统光纤光栅对温度和应变的敏感性。由于微结构光纤中引入了空气或填充了特定物质，光栅的传感特性可以得到极大的拓展。我们将详细探讨微结构光纤光栅对周围环境的多种敏感机制： 折射率敏感性： 微结构中的空气孔可以被外部介质填充，由于光场在核心区的分布，光栅的纤芯模式对这些填充物的折射率变化极为敏感。这将是本书后续介绍化学、生物传感器的重要基础。 温度敏感性： 尽管引入了空气孔，微结构光纤本身仍具有温度依赖性。我们将分析空气孔的存在如何影响光纤的热膨胀系数和热光系数，从而对温度传感的性能产生影响。 应变敏感性： 光纤的形变会改变光栅周期和有效折射率，从而导致反射/透射谱的漂移。我们将分析微结构光纤的应变耦合机制，以及其在应变传感方面的潜在优势。 压力敏感性： 特殊设计的微结构光纤光栅，可以通过外部压力导致空气孔的形变，从而引起光场分布和有效折射率的变化，实现压力传感。 其他环境因素的敏感性： 随着研究的深入，微结构光纤光栅对湿度、化学物质、气体浓度等环境因素的敏感性也逐渐被开发出来。我们将概述这些新兴的传感机制。 第二部分：微结构光纤光栅的制备工艺 精准而可控的制备工艺是实现微结构光纤光栅高性能的关键。本书将详细介绍多种先进的制备技术，并对其优缺点进行对比分析。 微结构光纤的制备技术： 在制备微结构光纤光栅之前，首先需要获得高质量的微结构光纤。我们将介绍几种主流的微结构光纤制备方法，如熔融拉锥法、纤维堆叠法、气压辅助拉伸法等。我们将深入解析每种方法的工艺流程、关键参数控制（如温度、拉速、气压等）以及对最终光纤结构和光学性能的影响。 光栅的写入技术： 针对微结构光纤的特点，光栅的写入技术也需要进行相应的调整和优化。 紫外曝光法： 作为一种成熟的光栅制备技术，紫外曝光法在微结构光纤上的应用需要考虑如何将紫外光精确地聚焦到光纤内部或表面。我们将介绍掩模法、扫描法等紫外曝光技术，并讨论其在微结构光纤光栅制备中的适用性。 飞秒激光直写法： 飞秒激光以其高能量密度和精确的加工能力，在微结构光纤内部直接写入光栅展现出巨大的优势。本书将详细阐述飞秒激光的写入原理，包括其诱导材料折射率变化的机制。我们将重点介绍如何通过控制激光参数（如脉冲能量、扫描速度、焦点位置等）在微结构光纤的纤芯或包层中形成周期性的折射率调制，从而实现高质量的微结构光纤光栅。 其他制备方法： 我们还将简要介绍其他可能用于制备微结构光纤光栅的方法，例如利用化学蚀刻、离子注入等手段来改变光纤的折射率分布。 光栅参数的优化与表征： 制备出的微结构光纤光栅需要进行详细的光学表征，以评估其性能。本书将介绍常用的光栅表征技术，如光谱分析仪、反射计等，用于测量光栅的中心波长、带宽、反射率/透射率、耦合效率等参数。同时，我们将讨论如何根据不同的传感应用需求，优化光栅的周期、长度、调制深度等参数，以获得最佳的传感性能。 第三部分：微结构光纤光栅的传感应用研究 微结构光纤光栅凭借其独特的结构和响应特性，在众多传感领域展现出巨大的应用潜力。本书将系统梳理和介绍其在不同领域的具体应用。 物理参数传感： 温度传感器： 微结构光纤光栅在高温环境、极端温度变化等场景下表现出优异的性能，尤其在结合了其独特的温度敏感机制后，可以实现高精度、宽量程的温度测量。 应变传感器： 在桥梁、建筑物、飞机结构等大型工程监测中，微结构光纤光栅可以用于实时监测应力分布和结构健康状况。其高灵敏度和易于集成性使其成为理想的应变监测解决方案。 压力传感器： 利用微结构光纤的形变特性，我们可以设计出对外部压力敏感的微结构光纤光栅，其在海洋探测、工业过程控制等领域具有重要的应用价值。 加速度传感器与振动传感器： 通过将微结构光纤光栅与敏感元件结合，可以开发出高灵敏度的加速度计和振动传感器，用于结构健康监测、地震监测等。 化学与生物传感器： 这是微结构光纤光栅最具潜力的应用领域之一。 气体传感器： 通过将特定的吸附材料填充到微结构光纤的空气孔中，当目标气体与吸附材料发生作用时，会引起填充物折射率的变化，进而导致光栅光谱的变化，实现对气体浓度的精确监测。我们将介绍针对不同气体（如CO2、H2、NH3等）的设计和应用。 液体传感器： 类似地，微结构光纤光栅也可以用于监测液体中的化学物质浓度，例如水质监测、环境污染物检测等。 生物传感器： 通过在光纤表面或空气孔内固定生物识别分子（如抗体、酶等），微结构光纤光栅可以用于检测特定的生物分子，如葡萄糖、DNA、病原体等。这将为疾病诊断、药物研发等领域带来革命性的突破。 其他新兴传感应用： 高压测量： 微结构光纤光栅在极端高压环境下的传感潜力。 磁场传感器： 结合磁致伸缩材料，开发磁场传感器。 光谱传感器： 利用微结构光纤的光学色散特性，构建多通道、高分辨率的光谱传感器。 总结与展望 本书在对微结构光纤光栅的特性、制备工艺和传感应用进行系统梳理的同时，也指出了当前研究中存在的挑战和未来的发展方向。例如，如何进一步提高传感器的灵敏度和选择性，如何降低制备成本，如何实现微型化和集成化，以及如何将其与人工智能等先进技术相结合，开发智能化、网络化的传感系统。 本书的出版，相信将为微结构光纤光栅领域的研究和应用提供宝贵的参考，并激发更多创新性的研究思路和技术突破。我们期待本书能为推动光纤传感技术的发展，为人类社会在科学研究、环境保护、医疗健康以及工业生产等各个领域做出积极贡献。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来看，一本专业性极强的技术专著，其语言的组织和逻辑的连贯性至关重要。我希望这本书在处理复杂的物理现象时，能够保持一种清晰的叙事逻辑。比如，从基础的几何光学和电磁波理论出发，逐步引入微结构对模式传播的影响，然后过渡到光栅耦合的效率分析，最后再回到如何利用这些变化去设计特定的传感器。如果全书的论述层次分明，章节之间的衔接自然流畅，那么即使是面对高深的数学公式，读者也能更容易地把握其背后的物理意义。一本好的技术书籍，不应该让读者在理解一个概念时，需要不断地在不同章节间来回跳跃查找背景知识。我更期待看到作者用一种循序渐进的方式，将一个复杂的系统解构开来，让每一步的推导都像是水到渠成，而不是强行灌输。

评分☆☆☆☆☆

看到“毕卫红 等 科学出版社”这个署名和出版社信息，我的第一印象是这本书的学术严谨性和权威性。科学出版社的书籍，通常意味着内容经过了严格的同行评审，理论基础扎实，内容具有较高的参考价值，是纳入研究机构图书馆的必备藏书之一。微结构光纤本身就是一个技术壁垒较高的领域，其制备过程往往涉及精密的激光刻蚀、拉锥、套管等工艺，每一步的参数控制稍有偏差，最终的光谱特性就会大相径庭。因此，书中对“制备工艺”的详细阐述，对我来说是极为宝贵的信息。我非常好奇作者是如何平衡理论模型预测与实际加工难度的。特别想了解在面对非理想环境和材料波动时，如何保证批量生产时性能的一致性。如果书中能分享一些独家的、经过多年实践总结出来的“陷阱”和“诀窍”，那这本书的实用价值就大大提升了。这种经验的总结，是教科书里难以获取的。

评分☆☆☆☆☆

总体来说，这本书的选材非常具有时代前沿性，微结构光纤是下一代高精度传感器的核心技术之一。我对这本书抱有的期待是，它能够成为连接基础理论研究与工程化实现之间的重要桥梁。在当前的科研环境下，许多成果往往停留在实验室的“漂亮数据”阶段，缺乏从“样品”到“产品”的转化路径。因此，我特别关注其中关于工艺优化和长期稳定性测试的部分，这直接关系到研究成果的实际应用价值。如果这本书能提供一套系统的、可复现的实验流程和参数范围参考，那它对相关领域的学生和科研工作者来说，将是不可多得的宝贵财富。我希望能从中获得启发，理解当前技术瓶颈的本质原因，并找到新的研究方向，从而推动整个光纤传感技术向前迈进一小步。

评分☆☆☆☆☆

作为一名侧重于应用开发的工程师，我更关注“传感应用”这一块内容。光纤光栅的优势在于其抗电磁干扰、体积小、可埋入式部署等特点，这使其在石油开采、结构健康监测、生物医学诊断等领域有着巨大的潜力。我希望这本书不仅是展示了“能做什么”，更要深入探讨“做得怎么样”——即在实际应用场景下，这些微结构光栅的长期稳定性、抗污染能力以及与其他传感系统的集成方案。例如，如果用于高压、高温环境下的应变测量，光栅如何抵抗光纤材料本身的热漂移？如果用于化学品检测，其表面修饰和响应机制是如何优化的？这本书要是能提供一些详细的案例分析，比如某个特定工程项目中的数据对比和性能指标，那就太棒了。我希望它能成为我项目选型和方案设计时，可以随时翻阅的“工具书”，而不是仅仅停留在介绍原理的“科普读物”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就非常硬核，光是“微结构光纤光栅”这几个词汇组合在一起，就让人联想到精密的光学实验和复杂的理论计算。我最近正好在关注光纤传感技术在各个领域的发展前景，特别是涉及到微结构带来的独特光学性能调控。这本书的标题直接点明了三大核心内容：特性研究、制备工艺和传感应用。这通常意味着它不会停留在理论的表面，而是会深入到材料科学、光学设计以及实际工程实现的层面。对于一个希望全面了解这一前沿技术的人来说，这样的结构设置非常吸引人。我期待它能提供最新的实验数据和模型验证，尤其是在如何通过微结构设计来增强传感灵敏度和选择性方面，希望能看到一些突破性的见解。毕竟，光栅的性能优化往往就藏在那些肉眼难辨的结构细节里，如何精确控制这些细节，是决定最终产品性能的关键。我希望作者能把复杂的物理过程用清晰的图示和严谨的数学推导阐释清楚，让不同背景的读者都能有所收获。