光电信息技术

本书以光电信息系统为核心，详细介绍了光电信息系统中的光源、信号的调制、信号的传输、信号的放大、信号的探测、光谱分析和频谱分析技术，并结合作者多年来在光纤传感领域的研究成果和经验，对分布式光纤传感器的原理、结构和技术等进行了深入细致的阐述。

第一章激光原理基础1
1.1激光产生的基本原理1
1.1.1跃迁1
1.1.2爱因斯坦系数之间的关系2
1.1.3激光产生的增益原理4
1.2光学谐振腔和高斯光束7
1.2.1腔的损耗8
1.2.2共轴球面腔的稳定条件10
1.2.3腔模的物理概念和腔内行波10
1.2.4对称共焦腔基模高斯光束的特征11
1.3光学中的矩阵性质13
1.3.1变换矩阵13
1.3.2变换矩阵示例17
1.3.3共轴球面腔的约束稳定性20
1.4光纤激光器的基本知识和系统设计22
1.4.1光纤激光器的工作物质22
1.4.2光纤激光器的谐振腔23
1.4.3光纤激光器的泵浦结构23
1.4.4环形腔光纤激光器的设计24
习题与思考28
第二章激光调制技29
2.1调制的分类及特点29
2.1.1振幅调制29
2.1.2频率和相位调制30
2.1.3强度调制31
2.1.4脉冲调制32
2.1.5脉冲编码调制32
2.2电光调制33
2.2.1电光调制的物理基础33
2.2.2电光强度调制38
2.2.3电光相位调制42
2.2.4电光调制器的电学性能43
2.3声光调制46
2.3.1声光调制的物理基础46
2.3.2声光互作用的两种类型47
2.3.3声光调制器54
2.4磁光调制58
2.4.1磁光效应58
2.4.2磁光调制器59
2.5直接调制60
2.5.1半导体激光器直接调制的原理60
2.5.2半导体发光二极管的调制特性61
2.5.3半导体光源的模拟调制62
2.6间接调制62
习题与思考64
第三章光波在光纤中的传输及放大技术65
3.1光波在光纤波导中的传播65
3.1.1光纤波导的结构65
3.1.2光波在光纤波导中的传播特性66
3.1.3光波在光纤波导中的衰减和色散特性72
3.2光放大器概述74
3.2.1基本原理74
3.2.2光放大器的种类74
3.2.3光放大器的基本性能75
3.3半导体激光放大器78
3.3.1放大器的结构78
3.3.2放大器的性能79
3.4掺铒光纤放大器81
3.4.1增益特性83
3.4.2放大器的噪声系数86
3.5光纤拉曼放大器87
3.5.1光纤拉曼放大器的概述87
3.5.2光纤拉曼放大器的基本原理88
3.5.3宽带混合光纤放大器90
习题与思考91
第四章光电探测技术92
4.1光电探测器的物理效应92
4.2辐射度量与光度量的基础知识93
4.2.1光的本质93
4.2.2辐射度的基本物理量94
4.2.3光度的基本物理量96
4.2.4热辐射的基本物理量98
4.2.5辐射度与光度中的基本定律99
4.3光电探测器件的特性参量102
4.3.1积分灵敏度102
4.3.2光谱灵敏度103
4.3.3频率灵敏度104
4.3.4量子效率104
4.3.5通量阈和噪声等效功率105
4.3.6归一化探测度105
4.3.7其他参数106
4.4直接探测系统的性能分析106
4.4.1光电探测器的平方律特性106
4.4.2信噪比性能分析107
4.4.3直接探测系统的107
4.5光频外差探测的基本原理109
4.5.1光外差探测的原理109
4.5.2基本特性112
习题与思考113
第五章光谱分析技术114
5.1光谱分析仪的分类115
5.2基于衍射光栅的光谱分析仪117
5.2.1光谱分析仪的基础117
5.2.2输入端118
5.2.3准直光学系统118
5.2.4衍射光栅119
5.2.5聚焦光学元件121
5.2.6输出端口121
5.2.7探测器121
5.3基于衍射光栅光谱仪的主要技术指标121
5.3.1波长精度121
5.3.2波长校准技术122
5.3.3波长分辨率和动态范围123
5.3.4灵敏度和扫描时间124
5.4调制信号的测量125
5.4.1信号处理125
5.4.2零跨度模式126
5.4.3触发扫描模式126
5.4.4模数转换触发模式126
5.4.5模数转换交流触发模式127
5.4.6门控扫描模式127
习题与思考128
第六章频谱分析技术129
6.1频谱分析的基本概念129
6.1.1测量的设定129
6.1.2激光的线宽和啁啾130
6.1.3两个光场之间的干涉132
6.2激光线宽特性134
6.2.1使用本振激光器的外差方法134
6.2.2延迟自外差137
6.2.3延迟自零差138
6.2.4光电流谱139
6.2.5相干鉴别器的方法142
6.2.6几种方法的比较143
6.3调制激光器的频谱测量144
6.3.1差频方法144
6.3.2门控延迟的自零差技术145
6.4激光啁啾测量146
6.5频率调制测量148
习题与思考150
第七章分布式光纤传感技术151
7.1光纤传感技术的概述151
7.1.1光纤传感器的工作原理151
7.1.2分布式光纤传感技术的特点157
7.1.3分布式光纤传感技术的主要参数158
7.2基于布里渊散射的分布式光纤传感技术159
7.2.1光纤中的布里渊散射160
7.2.2光纤中布里渊散射的特性163
7.2.3基于布里渊散射的分布式光纤传感器系统167
7.3基于布里渊激光器本振光源的171
7.3.1实验系统171
7.3.2实验结果与分析171
习题与思考175
参考文献176