光纤传感技术与应用复习提纲2015
光纤通信复习提纲-11页文档资料
《光纤通信技术》复习提纲第一章概论小结一、名词概念1、光纤：光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。
2、光纤通信：光纤通信是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信方式。
3、光纤通信系统：光纤通信系统是以光波作载波、以光纤为传输媒介的通信系统。
4、光纤通信：就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。
5、色散：在光纤中，不同信号的各频率或各模式成份的传播速度不同，经过光纤传输一定距离后，不同成份之间出现时延差，从而引信号畸变。
二、光在电磁波谱中的位置三、光纤通信所用光波的波长范围光纤通信的波谱在1.67×1014Hz～3.75×1014Hz之间，即波长在0.8μm～1.8μm之间，属于红外波段，将0.8μm～0.9μm称为短波长，1.0μm～1.8μm称为长波长，2.0μm以上称为超长波长。
四、光纤通信中常用的低损耗窗口:810nm,1310nm,1550nm五、光纤通信的特点与电缆或微波等电通信方式相比，光纤通信的优点如下：(1)传输频带极宽，通信容量很大；(2)由于光纤衰减小，无中继设备，故传输距离远；(3)串扰小，信号传输质量高；(4)光纤抗电磁干扰，保密性好；(5)光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；(6)耐化学腐蚀；(7)光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属六：光纤结构: 光纤由纤芯、包层和涂覆层3部分组成七、光纤分类:若按传输模的数量分类可分为多模光纤和单模光纤若按传输波长分类可分为短波长光纤和长波长光纤若按套塑结构分类可分为紧套光纤和松套光纤全反射是光信号在光纤中传播的必要条件。
第二章小结一、名词概念1、阶跃型光纤:阶跃型光纤在纤芯和包层交界处的折射率呈阶梯形突变，纤芯的折射率n1和包层的折射率n2是均匀常数。
2、渐变型光纤：渐变型光纤纤芯的折射率nl随着半径的增加而按一定规律逐渐减少，到纤芯与包层交界处为包层折射率n2，纤芯的折射率不是均匀常数。
光纤传感复习题
光纤传感复习题光纤传感复习题光纤传感是一种基于光纤技术的传感器技术，它利用光纤的特性来实现对物理量的测量和监测。
在光纤传感中，光信号通过光纤传输，并通过对光信号的改变来实现对物理量的测量。
光纤传感具有高精度、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业、医疗、环境监测等领域。
下面是一些光纤传感的复习题，希望能帮助大家对光纤传感有更深入的了解。
1. 光纤传感的基本原理是什么？光纤传感的基本原理是利用光信号在光纤中的传输特性来实现对物理量的测量。
当物理量作用于光纤时，会引起光信号的改变，如光强、相位、频率等的改变。
通过测量这些光信号的改变，就可以得到物理量的信息。
2. 光纤传感的分类有哪些？光纤传感可以根据测量原理和测量方式进行分类。
按照测量原理，可以分为干涉型光纤传感和强度型光纤传感。
按照测量方式，可以分为点式光纤传感和分布式光纤传感。
3. 干涉型光纤传感的工作原理是什么？干涉型光纤传感是利用光的干涉原理来实现对物理量的测量。
它通过光纤中的干涉现象来测量物理量的变化。
当物理量作用于光纤时，会引起光纤中的光程差发生变化，从而改变干涉图样。
通过分析干涉图样的变化，就可以得到物理量的信息。
4. 强度型光纤传感的工作原理是什么？强度型光纤传感是利用光的强度变化来实现对物理量的测量。
它通过测量光信号的强度变化来得到物理量的信息。
当物理量作用于光纤时，会引起光信号的强度变化，通过测量这种强度变化，就可以得到物理量的信息。
5. 点式光纤传感和分布式光纤传感有什么区别？点式光纤传感是指在光纤上只有一个传感点，通过对该点的测量来得到物理量的信息。
而分布式光纤传感是指在光纤上有多个传感点，通过对这些传感点的测量来得到物理量的信息。
点式光纤传感适用于对局部物理量的测量，而分布式光纤传感适用于对大范围物理量的测量。
6. 光纤传感的应用领域有哪些？光纤传感在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
在工业领域，光纤传感可以用于温度、压力、应力等物理量的测量。
光纤技术复习资料
《光纤技术》复习资料第一章 绪论要求：1、了解光纤的基本结构和基本特性；2、充分认识光纤传感和光纤通信在现代工农业生产、军事、科研及日常生活中的作用和地位，明确学习目的；3、了解光纤技术的发展动向；4、知道本课程的学习方法。
具体：1、光纤的定义：光纤是“光导纤维”的简称，是指能够约束并导引光波在其内部或表面附近沿轴线方向传播的传输介质。
2、光纤的结构：主要由纤芯、包层和涂敷层构成。
其中纤芯的折射率比包层要高。
纤芯和包层的折射率差引起光在纤芯内发生全内反射，从而使光在纤芯内传播。
3、通信光纤的标准包层直径是125m μ，涂敷层的直径大约是250m μ。
4、常用的光纤材料有纯石英（2SiO ）、玻璃和塑料。
5、列举光纤相对于金属导线的优点（至少5点）：如容量大、抗电磁干扰、电绝缘、本质安全；灵敏度高；体积小、重量轻、可绕曲；测量对象广泛；对被测介质影响小；便于复用，便于成网；损耗低；防水、防火、耐腐蚀；成本低、储量丰富等。
6、光纤通信所占的波长范围大概是0817..m μ。
7、1953年，在伦敦皇家科学技术学院开发出了用不同光学玻璃作纤芯和包层的包层纤维，由此导致光纤的诞生。
8、1966年，光纤之父高锟博士深入研究了光在石英玻璃纤维中的严重损耗问题，发现这种玻璃纤维引起光损耗的主要原因。
9、目前，F T T H （光纤到户）是宽带接入的一种理想模式，各国发展迅猛。
10、目前流行的“三网合一”指的是将现存三个网络：电信网、有线电视网和计算机网的信号在同一个光纤网络中传输。
11、光纤被喻为信息时代的神经。
第二章 光纤拉制及成缆要求：1、了解光纤的分类方法和光纤的种类，理解各种不同种类光纤之间的区别及每种光纤的特点；2、知道光纤的制作材料及要求；3、了解光纤预制棒的制造原理和工艺；4、知道各种光缆结构和材料的用途。
具体：1、光纤的分类：按照光纤横截面折射率分布不同分为：阶跃光纤和渐变光纤（折射率在纤芯中保持恒定，在芯与包层界面突变的光纤称为阶跃光纤，折射率在纤芯内按某种规律逐渐降低的光纤称为渐变光纤。
光纤传感技术复习题
光纤传感技术复习题第一章1.下面哪种常见物品不属于传感器()A.数码摄像机B.液晶电视机C.烟雾报警器D.红外线感应门2.下面哪种物品属于光纤传感器()A.光纤水听器B.光纤光缆C.光纤水晶灯D.激光刀3.目前，最常用光纤的纤芯和包层构成的材料主要是()A.多成分玻璃B.半导体材料C.石英晶体D.塑料4.以下哪种光纤不是根据横截面上折射率的径向分布形式划分的()A.阶跃型光纤B.渐变型光纤C.石英光纤D.单模光纤5.以下哪种说法是错误的（）A.在可见光范围内，大部分媒质的折射率大于1。
B.同一媒质对于不同波长的光有着不同的折射率。
C.红光和紫光的频率不同，所以它们在真空中的传播速度也不同D.紫光的频率高于红光，所以在水中紫色光的折射率大。
6.在下列因素中，不是引起光纤传输衰减的原因为()A.光纤弯曲B.瑞利散射C.杂质吸收D.多模传输7.在下列因素中，不是引起光纤传输色散的原因为()A.光纤弯曲C.偏振模随机变化B.色度色散D.多模传输1.光纤传感器的主要优势有哪些？2.若某均匀光纤的纤芯折射率为:n1=1.50,相对折射率差Δ=0.01，长度为1km，纤芯半径a=2.5um计算（1）光纤的数值孔径NA（2）由子午线的光程差引起的最大时延差（3）若工作波长为 1.55um，此光纤工作在单模还是多模状态？（4）若将此光纤的包层和涂覆层去掉，求裸光纤的NA和最大时延差。
3.某SIF光纤，n1=1.4258，n2=1.4205，工作在λ=1.3um和λ=1.55um两个波段，求光纤为单模时的最大纤芯直径？4.已知2a=50um，相对折射率差Δ=0.01，n1=1.45，工作波长λ=0.85um，折射率分别为SIF型和GIF型（g=2）的两种光纤，其导模数量为多少？若波长变为1.31um，则导模数量又为多少？第二章1.半导体光源LED发光的机理是（)A.受激辐射B.自发辐射C.受激吸收D.自发吸收2.以下哪种不是常见的激光光源（）A．固体激光器B.液体激光器C.半导体激光器D.黑体辐射激光器3.以下关于光隔离器的说法哪个是正确的()A.隔离器是互易元件B.隔离器放在接收机之前C.隔离器可以与偏振无关D.隔离器是光耦合器的一种4.以下哪种不是常见的激光光源（）A．固体激光器B.液体激光器C.半导体激光器D.黑体辐射激光器5.以下关于光耦合器的说法哪个是正确的()A.耦合器是互易元件B.2dB耦合器将光功率等分C.耦合器可以做成光透镜D.隔离器是光耦合器的一种6.以下哪种不是半导体激光光源发光的三要素（）A．受激辐射B.谐振腔正向反馈C.外界泵浦源D.半导体材料PIN区7.关于光探测器的说法哪个是不正确的（A．PD是目前使用最广泛的光电二极管B.光电二极管需要外部电源加上正向电压提供泵浦C.APD雪崩光电管的雪崩效应引入附加噪声因子D.相比APD光电二极管，PIN光电二极管的响应度不够高问答题：）半导体激光器采用GaA材料，其禁带宽度Eg=1.42eV，求它的发光波长。
光纤传感复习题答案
光纤传感复习题答案1. 光纤传感技术的原理是什么？答案：光纤传感技术是利用光纤作为传感介质，通过测量光在光纤中传播时的光强、相位、偏振、波长等参数的变化来实现对温度、压力、应变、振动、化学成分等物理量或化学量的测量。
2. 光纤传感器有哪些主要类型？答案：光纤传感器的主要类型包括干涉型光纤传感器、光栅型光纤传感器、光纤陀螺、光纤电流传感器和光纤温度传感器等。
3. 光纤传感器在哪些领域有应用？答案：光纤传感器在通信、医疗、环境监测、石油化工、航空航天、土木工程、电力系统等领域有广泛的应用。
4. 光纤传感器相比传统传感器有哪些优势？答案：光纤传感器具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、灵敏度高、可实现远距离传输、耐腐蚀、耐高温等优势。
5. 光纤布拉格光栅（FBG）传感器的工作原理是什么？答案：光纤布拉格光栅传感器的工作原理是利用光纤中周期性的折射率变化形成的光栅，当光栅的周期与入射光波长相匹配时，会发生反射，形成特定的反射波长。
当光纤受到温度、应变等外界因素的影响时，光栅的周期会发生变化，导致反射波长发生偏移，通过测量反射波长的偏移量，可以确定外界因素的变化。
6. 光纤陀螺是如何实现角速度测量的？答案：光纤陀螺利用Sagnac效应，即当光纤环在旋转时，沿顺时针和逆时针方向传播的光波会发生相位差，通过测量这种相位差，可以计算出光纤环的旋转速度，即角速度。
7. 光纤电流传感器的测量原理是什么？答案：光纤电流传感器的测量原理是利用法拉第磁光效应，即当磁场通过光纤时，光纤中的光波会发生偏振旋转，旋转角度与磁场强度成正比。
通过测量光波的偏振旋转角度，可以确定电流产生的磁场强度，进而计算出电流的大小。
8. 光纤温度传感器的测量原理是什么？答案：光纤温度传感器的测量原理是利用光纤材料的折射率随温度变化的特性，当光纤受到温度变化时，其折射率会发生变化，导致光波在光纤中的传播速度和相位发生变化，通过测量这些变化，可以确定温度的变化。
光纤传感技术与应用复习提纲
《光纤传感技术与应用》复习提纲第一章光纤传感器1．1．1 光纤传感器的定义及分类传像光纤的作用传感器光振幅相位光纤传感器的基本原理偏振态波长温度压力光纤传感器可以测量的物理量磁场、电场位移转动用方框图表示光纤传感原理示意图（图1-1-1 光纤传感原理示意图）传感型：利用外界因素改变光纤中光的强度（振幅）、相位、偏振态或波长（频率），从而对外界因素进行讲师和数据传输的，称为传感型（功功能型光纤传感器。
特点是传感合一（信息获取和传输都在光纤中完成。
光纤传感器分类传光型：利用其他敏感元件测得物理量，由光纤进行数据传输。
特点是充分利用现有传感器，便于推广应用。
散射型干涉型（相位型）按传感原理分类：偏振型微弯型荧光型1．1．2 光纤传感器的特点（1）抗电磁干扰、绝缘、耐腐蚀；适用于强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境下使用。
（2）灵敏度高；长光纤可以灵敏地探测光波的干涉，适用于测量水声、加速度、位移、温度、磁场。
（3）重量轻、体积小、形状可变；（4）测量对像广泛；力学、物理、核物理、航空、航天。
（5）对被测介质影响小；（6）便于复用，便于成网；（7）成本低1．2 振幅调制传感型光纤传感器（1）什么是：利用外界因素引起的光纤中光强的变化来探测物理量等各种参量的光纤传感器称为振幅调制传感型光纤传感器。
改变微弯状态改变耦合条件（2）用来改变光纤中光强的办法改变吸收特性改变折射率分布1．2．1 光纤微弯传感器原理：利用微弯损耗的变化，来探测外界物理量的变化。
微弯损耗：多模光纤微弯时，部分芯模能量转化为包层模能量。
通过测量芯模能量或包层能量的变化来测量位移或振动等参量。
光纤微弯传感器原理图1．2．2 光纤受抑全内反射传感器一、透射式原理：全内反射缺点：需要精密的机械调整和固定装置，不利于现场环境使用。
透射式光纤受抑全内反射传感器简图二、反射式原理：也可以利用外界介质折射率变化，改变临界全反射条件，使反射光强变弱，从而测量外界物理量变化。
光纤技术及应用复习题1-5
《光纤技术与应用》复习题第一章1、写出电场强度和磁场强度在两种介质界面所满足的边界条件方程。
（并会证明）2、TE波、TM波分别指的是什么？3、平面光波发生全反射的条件。
当入射角大于临界角时，入射光能量将全部反射4、古斯-哈恩斯位移指的是什么？其物理本质是什么？证明实际光的反射点离入射点有一段距离，称为古斯-哈恩斯位移。
（相隔约半个波长）实质：光的传播不能简单视为平面光波的行为，必须考虑光是以光束的形式传播，即时空间里的一条极细的光束也是由若干更加细的光线组成的5、写出光线方程，并证明在各向同性介质中光为直线传播。
对于均匀波导，n为常数，光线以直线形式传播第二章1、平板波导的结构，分类。
结构：一般由三层构成：折射率n1中间波导芯层，折射率n2下层介质为衬底，折射率n3上层为覆盖层；n1>n2 , n1>n3。
且一般情况下有n1>n2> n32、均匀平面光波在平板波导中存在的模式有：导模、衬底辐射模、波导辐射模（各有什么特点）。
（入射角与临界角之间的关系以与各种模式相对应的传播常数所满足的条件）P12。
P17-18图满足全反射的光线并不是都能形成导模，还必须满足一定的相位条件。
P13（导模的传输条件）3、在平板波导中TE0模为基模，因为TE0模的截止波长是所有导模中最长的。
P144、非均匀平面光波在平板波导中的模式有：泄露模、消失模5、平板波导中的简正模式具有：稳定性、有序性、叠加性、和正交性。
6、模式的完备性指的是?P24在平板波导中，导模和辐射模构成了一个正交、完备的简正模系，平板波导中的任意光场分布都可以看成这组正交模的线性组合。
7、波导间的模式耦合指的是？P31当两个波导相距很远时，各自均以其模式独立地传播，无相互影响；当两个波导相距很近时，由于包层中场尾部的重叠，将会发生两个波导间的能量交换，称之为波导间的模式耦合。
作业题：2-7、2-8第三章1、什么是光纤？光纤的结构，分类，并画出相应的折射率分布。
光纤技术基础复习提纲
光纤技术基础复习提纲1 概论1、光纤通信的主要优点是什么?1频带宽、传输容量⼤；2损耗⼩、中继距离长；3重量轻、体积⼩；4抗电磁⼲扰性能好；5泄漏⼩、保密性好；6节约⾦属材料，有利于资源合理使⽤。
2、光纤通信系统有哪⼏个基本组成部分？点对点光纤通信系统通常由光发射机、光纤、光中继器和光接收机四部分组成3、什么是NRZ 和RZ 码？NR Z ：⾮归零码 RZ ：归零码NRZ 码的信号带宽仅为RZ 的⼀半NRZ 的占空⽐等于1，RZ 的占空⽐⼩于或等于0.52 光纤和光缆1、⽤光线光学⽅法简述光纤的导光原理。
光波从折射率较⼤的介质⼊射到折射率较⼩的介质时，当⼊射⾓⼤于临界⾓时，在边界处发⽣全反射。
2、光纤的种类有哪些？什么叫多模光纤？什么叫单模光纤？它们的尺⼨及使⽤场合有什么不同？多模光纤有哪两种？单模光纤⼜有哪⼏种？种类：按折射率分布的变化来分为阶跃光纤和渐变折射率光纤；按其中传播的光波模式数量分为单模光纤和多模光纤。
多模单模：如果光纤只⽀持⼀个传导模式，则称该光纤为单模光纤。
⽀持多个传导模式的光纤称为多模光纤尺⼨：单模光纤芯径⼩（10um 左右），多模光纤芯径⼤（62.5um 或50u m ）。
单模光纤传输适合⾼速⼤容量长距离传输。
多模光纤适⽤于低速短距离传输。
多模光纤有阶跃多模光纤和渐变多模光纤。
单模光纤有G.652光纤、G .653光纤、G .654光纤、G.655光纤、全波光纤和⾊散补偿光纤3、光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么？⽤数值孔径NA 表⽰光线的最⼤⼊射⾓θmax ；θsin 0n NA =max=fd 2 221121221211(2),2n n n n NA n n n --=??=≈ NA 表⽰光纤接收和传输光的能⼒。
NA(或θmax)越⼤，光纤接收光的能⼒越强，从光源到光纤的耦合效率越⾼，纤芯对光能量的束缚越强，光纤抗弯曲性能越好。
但NA越⼤，经光纤传输后产⽣的输出信号展宽越⼤，因⽽限制了信息传输容量。
第7章上课用_光纤传感器_(有第7章复习题)
总结：光在光纤内传播的条件
（1）对于不弯曲光纤：在满足全反射的条件下，光线就能在纤芯和 包层的界面上不断地产生全反射，呈锯齿形路线在芯内向前传播，
从光纤的一端以光速传播到另一端。
（2）对于弯曲光纤：R—弯曲光纤曲率半径 d—光纤直径
1、光强度调制型 光强度调制光纤传感器的基本原理：待测物理量引起光纤
中传输光的光强变化，通过检测光强的变化实现对待测量
的测量。 调制方法大致分为：反射式强度调制、透射式强度调制、 光模式强度调制以及折射率和吸收系数强度调制等。
下图a)：光纤弯曲时，在纤芯中传输的光有一部分耦合到包层中， 原来光束以大于临界角的角度在纤芯中传播为全内反射，但在弯曲 处，光束以小于临界角的角度入射到界面，部分光逸出，散射到包 层。这种检测原理可以实现对力、位移和压强等物理量的测量。 下图b)：光纤中光强被油滴所调制的情况 ，这是通过改变光纤的折 射率来实现光强调制的方法。
二、光 纤 传 感 器的基本原理和用途 光纤传感器是利用光在光纤中传播特性的变化来测量它所 受环境的变化，即用被测量的变化来调制光纤中的光波，使 光纤中的光波参量（幅度、相位、频率）随被测量而变化，
从而得到被测信号大小。
用于压力、应变、位移、速度、加速度、流量、振动、
温度、电流、电压、磁场等各种物理量的测量, 具有极为广泛
3．光纤的种类 （2）按光纤的传播模式来分类 根据传输“模”数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤。 什么是光纤的传播模式 光纤传输的光波，可以分解为沿轴向传播和沿径向传播的两 种平面波成分。后者在纤芯和包层的界面上会产生全反射。当 2 它在横向往返一次的相位变化为 的整倍数时，将形成驻波。 形成驻波的光线组称为“模”；即一定纤芯和材料的光纤只能 传输有限个“模”的光。
传感器复习资料
传感器技术及其应用复习资料1、将温度转换为电势大小的热电式传感器是热电偶传感器，而将温度变化转换为电阻大小的热电式传感器是热电阻（金属材料）或热敏电阻（半导体材料）。
2传感器的物理基础，物理定律：守恒定律、场的定律、物质定律、统计法则。
物理效应：热电效应、光电磁效应、磁效应、压电效应、多普勒效应、物理现象。
3热电偶传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括接触电势和温差电势两部分。
热电偶的连接导体定律是工业上运用补偿导线法进行温度补偿的理论基础；中间温度定律为制定分度表奠定了理论基础；根据中间导体定律，可允许采用任意的焊接方式来焊接热电偶。
4电感式传感器也称为变磁阻式传感器，它是利用电磁感应原理将被测物理量转换成线圈自感系数和互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现非电量到电量的转换。
在磁敏式传感器中，霍尔传感器和磁敏电阻传感器属于体型磁敏传感器，磁敏二极管和磁敏三极管属于结型磁敏传感器。
5基于外光电效应的器件有光电管和光电倍增管；基于内光电效应的器件有光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏晶体管等。
6光纤传感器由光源、光纤和光探测器三部分组成，光纤传感器一般分为两大类，即传光型光纤传感器，也称为非功能性光纤传感器，另一类是传感性光纤传感器，也称为功能型光纤传感器，前者多使用多模光纤，而后者只能用单模光纤。
7实际使用中的传感器，其特性要受到环境变化的影响，为消除环境干扰的影响，广泛采用的线路补偿法包括相同传感器补偿型、不同传感器补偿型、差动结构补偿型。
8电感式传感器也称为变磁阻式传感器，它是利用电磁感应原理将被测物理量转换成线圈自感系数和忽感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化，从而实现非电量到电量的转换。
9容栅传感器实际上是多个差动式变面积型电容传感器的并联，它具有误差平均效应，测量精度很高。
10热电偶传感器的工作基础是热电效应，其产生的热电势包括接触电势和温差电势两部分。
光纤传感复习提纲.doc
发.........——-今滞照>*州简答题1.光纤的主要损耗有哪几种？简述各种损耗性质。
2.光电探测器利用的光电效应有哪几种？3.光纤传感器的光强强度调制方式有哪儿种？4 .常用的光纤干涉仪有哪几种？5.偏振调制光纤传感器中常用的物理效应有哪几种？6.简述光纤的色散机理及其种类。
7 .简述光纤传感系统使用的光源种类。
8.常用的光纤干涉仪有哪儿种？计算题（带计算器）1.解释光纤的了午光线。
已知包层和纤芯的折射率，求该光纤了午光线的数值孔径。
2.半导体激光器的工作原理，已知半导体的禁带宽度求发光波长。
3.普克耳效应使晶体的双折射性质发生改变，晶体的两端设有电极，并在两极间加一个电场，外加电场平行于通光方向，这种运用称为纵向调制。
对于KDP 晶体，求半波电压；晶体的通光方向垂直于外加电场，这时产生的电光效应称为横向电光效应。
对于BSO晶体，求半波电压。
4.已知光纤衰减系数，输入功率，求输出功率。
5.光纤测温探头如图所示，求被测对象的最小尺寸。
6.赛格纳克光纤干涉仪，已知光纤圈面积，转动角速度，光速3X108m,光波氏628nm,相位延迟。
求光纤圈数。
1.已知光纤中相邻两模式的传播常数差△"=2A /A ( m(2-g)/(2+R)3.图2为某光纤电流传感器的装置示意图。
4.图3为某偏振调制光纤传感器的调制器, 当在平板电极上外界调制电压后,综合应用题（证明题）握抛物线光纤和阶跃光纤变形器的空间周期。
2.双光纤反射式光纤一维位移OFS （光纤传感器），对于BC 部分的光耦合效率。
物理效应？P = 20?掌握推导过程。
当外加电场方向与光的传播方向垂直时，平板电极之间的介质由感应双折射引起 的寻常光折射率和非寻常光折射率与外加电场E 的关系为：n-n. = X o kE 2式中k 为某常数。
①物理效应?/ = /0 sin 2 兀「U、2 ]"人/2 )掌握推导过程 （偏振光干itE\e = E\o = ，偏振光相干光相位差左〃从克尔效应求得 相干光强/二举+手+孔皿即+勿） 二、偏振光干涉 透光轴相互垂 E 2（）= E （）cos= Esin Seos 0 E& = E p sin 。
光纤传感复习题[试题]
![光纤传感复习题[试题]](https://img.taocdn.com/s3/m/4d5c737ea88271fe910ef12d2af90242a895ab3c.png)
一、简答1.光纤作为传感器的优势有哪些？光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰。
光纤工作频带宽，动态范围大。
容易接受被测量场的加载，是一种优良的敏感元件。
光纤本身不带电，体积小质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好。
2.什么是光纤的损耗，损耗的机理是什么？光波在光纤中传输，随着传输距离的增加，光功率会逐渐减少，这种现象称为光线的损耗。
损耗的机理：损耗主要包括吸收损耗和散射损耗两部分。
吸收损耗是由SiO2材料引起的固有吸收和由杂质引起的吸收产生的。
散射损耗主要由材料微观密度不均匀引起的瑞利散射和由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射产生的。
瑞利(Rayleigh )散射损耗是光纤的固有损耗，它决定着光纤损耗的最低理论极限。
3.什么是光纤的色散，色散的分类有哪些？色散(Dispersion)是在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。
色散的种类：模间色散、材料色散、波导色散、偏振膜色散4.光纤技术的应用领域都有哪些？信息获取：信息传输：信息处理：其他应用：广告显示牌、激光手术刀、仪表照明、工艺装饰、电力输送、光纤面板医用内窥镜、潜望镜5.按照光受被测量调制形式的不同，光纤传感器可以分为哪些类型？(a) 强度调制型光纤传感器(b) 偏振调制型光纤传感器(c) 频率调制型光纤传感器(d) 相位调制型光纤传感器(e) 波长调制型光纤传感器(f)分布式光纤传感器（多点）6.光源有哪些主要类型，按照光纤在传感器中的作用可以把光纤传感器分为哪几类？光源类型：半导体激光二极管或称激光器(LD) 发光二极管或称发光管(LED) 分布反馈激光器(DFB - LD)(a) 功能型（全光纤型）光纤传感器(b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器(c) 拾光型光纤传感器7.常见的光纤光栅有哪两类，分别的技术特点是什么？一般实际应用中，均按光纤光栅周期的长短分为短周期光纤光栅和长周期光纤光栅两大类。
周期小于1μm的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称为光纤布拉格光栅或反射光栅；把周期为几十至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅，又称为透射光栅。
光纤传感技术与应用-第三章-21
解决模式色散的途径
3.3 波长色散
设光频为0 ，在光纤入射端 z=0 处脉冲波电场波形表示成：
Ex, y,0; t Ax, y,0; te j0t
如果忽略x,y方向的相关性，上述电场的频域（傅立叶变换）表示为：
EF 0; AF 0; 0
脉冲波传播到距离Z时的频谱增加相位变化：
AF z; AF 0; 0 exp jz exp jz 是光纤的传递函数
由傅立叶逆变换得到电场的时域表示：
Ez;t 1
2
AF 0;
0 exp
jze jtd
令 0 u
Ez;t
1
2
e j0t
AF
0;
u
exp
ut
u
z
du
在色散介质中传播常数 是频率的函数，在0 附近用泰勒级数展开：
反常色散： 2 0 频率增大时群时延减小（群速度增大）
式（3.2）适用于各种脉冲波形传输，不同脉冲波形有不同表示形式，工程使 用主要考虑高斯脉冲波形的传输。
波长色散引起的脉冲展宽
光信号在光纤中传播单位距离后产生的群延迟时间：
相位常数：
1/ vg d / d
k 00 / c
所以 d dk 1 d dk d c dk
τ 光纤单位长度产生的信号传输时间延迟 (光脉冲扩展):
零级模式： 临界模式：
t0 L/v
tc L/ v cos αc
cos αc n2 /n1
t
tc
t0
Ln1 c
n1
n2 n2
❖ 例如：
当n1 1.5时，单位长度（Km）零级模式传输时间:
光纤传感技术与应用第三章21
反常色散： 2 0 频率增大时群时延减小（群速度增大）
式（3.2）适用于各种脉冲波形传输，不同脉冲波形有不同表示形式，工程使 用主要考虑高斯脉冲波形的传输。
波长色散引起的脉冲展宽
光信号在光纤中传播单位距离后产生的群延迟时间：
相位常数：
1/ vg d / d
k 00 / c
所以 d dk 1 d dk d c dk
N2
d dk0
k0n2
忽略折射率剖面色散和偏振模色散，则单模光纤总色散为：
Dλ Dmat DWg
其中材料色散：
材料色散与芯层D的m传at 输 常数有c2关2 。ddNk01
1 c
dN1
d
波导色散：
DWg
N1 N2
c
V
d 2 bV
dV 2
与关工，作反模映式导L波P0模1模式的引归起一的化色工散作。参数b和归一化频率V有
A1
exp
1
JC
t2 T02
（3.5）
C : 啁啾参数， C 0为正啁啾， C 0为负啁啾，
经传输距离 z 后的脉冲谱半高宽：
传播T过FW程HM中 保T0 持1高斯4l波n 2形 ，T20C但2 z脉2 宽 被4展ln 宽2。T02展2z 宽2 因1/2子为：
T1 T0
1
C 2
T02
z
2
振幅调制正弦波的频谱与群速度
当光源的谱宽极窄时（如分布反馈激光器DFB ），信号 谱宽几乎完全决定了传输光信号的谱宽。
在 z = 0 处的双边频调制信号：
f 0,t exp j0 t exp j0 t 2 coste j0t
传播到距离z时的信号：
f z,t exp j0 t z exp j0 t z
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非本征型光纤F-P传感器：两根光纤对在一起，单端面镀膜，隔开一定间距封装在一固定的管道内。
非本征型光纤法-珀传感器原理图
改进型非本征法-珀传感器原理图
1．3．6白光干涉型光纤传感器
解决问题：白光光纤传感器，利用了白光零级干涉条纹可见的特点，可以进行绝对变化的测量。抗干扰能力强，解决了相位型光纤传感器，只能测量相对变化量的问题。
改变耦合条件
（2）用来改变光纤中光强的办法改变吸收特性
改变折射率分布
1．2．1光纤微弯传感器
原理：利用微弯损耗的变化，来探测外界物理量的变化。
微弯损耗：多模光纤微弯时，部分芯模能量转化为包层模能量。通过测量芯模能量或包层能量的变化来测量位移或振动等参量。
光纤微弯传感器原理图
1．2．2光纤受抑全内反射传感器
④体积小、能埋入工程材料。
⑤线性范围大，可测高温（1000℃）
⑥化学传感器：可以实现对液体折射率和浓度的实时测量。基于外表面涂有特殊塑料履层（引起折射率的变化），实现对相对湿度、有毒化学武器的测量。
⑦液位传感器：谐振波长与侵入液体中的光栅长度有关。
⑧多参数测量：多个损耗峰可用来对多个参量进行测量。
光纤柜位计
式中 光纤的传播常数， 光纤长度， 光纤折射率， 光纤直径。
1．3．3萨格纳克（Sagnac）干涉仪
光纤Sagnac干涉仪原理图
原理：在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。通过涉效应进行检测。
理论：Geoge Sagnac效应（1913年）发表
见书 （1-3-6）
见书，N圈单模光纤 （1-3-7）
数值举例： ， ， ， ，
1．3．4光纤Fabry-Perot干涉仪
2．基本原理
光学F-P腔工作原理如图所示
光学F-P干涉仪原理示意图
两个相应严格平行的光学反射膜，构成光学谐振腔。
（1-3-9）
（1-3-10）
光学相位 （1-3-11）
本征型光纤F-P传感器：两端面镀膜的一段光纤做为传感器的主体；
一、透射式
原理：全内反射
缺点：需要精密的机械调整和固定装置，不利于现场环境使用。
透射式光纤受抑全内反射传感器简图
二、反射式
原理：也可以利用外界介质折射率变化，改变临界全反射条件，使反射光强变弱，从而测量外界物理量变化。
特点：这种结构简单，无机械固定装置，稳定性好
反射式光纤受抑全内反射传感器简图
1．2．3光纤辐射传感器
1．5波长调制型光纤传感器
1．5．3光纤布拉格光栅传感原理
原理：光纤光栅的布拉格波长取决于光栅周期 和反向耦合的有效折射率 ，可以引起这两个量变化的任何变化都可引起布拉格波长的漂移。
可以引起布拉格波长漂移的因素有——应力、应变、温度。拉伸或挤压可以引起光栅的周期 的变化，而光纤材料本身的光弹效应可以想起折射率 的变化（温度变化也可想起类似变化）。
应力变化想起光纤波长漂移如下式
（1-5-1）
式中 为光纤本身的弹性应变， 表示弹光效应。
1．后向射，不需隔离器，测量精度较高。
②满足相位匹配条件的模是纤芯基模和包层模，因此对外界环境变化非常敏感，具有比布拉格光栅更高的灵敏度。
③温度、应变、弯曲、扭曲、横向负载、浓度、折射率都很敏感。
长周期光纤光栅的缺点：交叉敏感（温度、应变、折射率）
解决方法：采用多个传感器组合。
1．5．6光纤光栅折射率传感技术
共振模只在纤芯中传播，包层中的渐逝波场很小，不受外界折射率的影响。为了提高FBG外界对外界的灵敏度，需要加大渐逝波场。
方法：腐蚀抛磨一部分或全部包层。
1．FBG折射率传感器原理
图1-5-6FBG折射率传感原理示意图
（3）重量轻、体积小、形状可变；
（4）测量对像广泛；力学、物理、核物理、航空、航天。
（5）对被测介质影响小；
（6）便于复用，便于成网；
（7）成本低
1．2振幅调制传感型光纤传感器
（1）什么是：利用外界因素引起的光纤中光强的变化来探测物理量等各种参量的光纤传感器称为振幅调制传感型光纤传感器。
改变微弯状态
《光纤传感技术与应用》复习提纲
第一章光纤传感器
1．1．1光纤传感器的定义及分类
传像
光纤的作用
传感器
光振幅
相位
光纤传感器的基本原理偏振态
波长
温度
压力
光纤传感器可以测量的物理量磁场、电场
位移
转动
用方框图表示光纤传感原理示意图（图1-1-1光纤传感原理示意图）
传感型：利用外界因素改变光纤中光的强度（振幅）、相位、偏振态或波长（频率），从而对外界因素进行讲师和数据传输的，称为传感型（功功能型光纤传感器。特点是传感合一（信息获取和传输都在光纤中完成。
1．4偏振态调制型光纤传感器
1．4．2光纤偏振干涉仪
单光纤偏振干涉仪
原理：先用1/4 波振片将线偏振光变成圆偏振光，正交的两个偏振光在双折射单模光纤中均匀激励，如果相移不同，则出射的合成偏振光可以在左旋--45度线偏--右旋--135度线偏之间变化。（利用学过的电光调制知识，可知输出光光强的投影强度为）
光纤传感器分类
传光型：利用其他敏感元件测得物理量，由光纤进行数据传输。特点是充分利用现有传感器，便于推广应用。
散射型
干涉型（相位型）
按传感原理分类：偏振型
微弯型
荧光型
1．1．2光纤传感器的特点
（1）抗电磁干扰、绝缘、耐腐蚀；适用于强电磁干扰、易燃、易爆、强腐蚀环境下使用。
（2）灵敏度高；长光纤可以灵敏地探测光波的干涉，适用于测量水声、加速度、位移、温度、磁场。
原理：X射线、γ射线会使光纤的吸收损耗增加，输出端功率下降。
1．3相位调制传感型光纤传感器
原理：利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量。
1．3．2光纤M-Z干涉仪和光纤Michelson干涉仪
光纤M-Z干涉仪原理图
光纤Michelson干涉仪原理图
当外界（温度、压力等）因素引起光纤长度L的机械变形和折射率n的变化，均可以引起一个臂中的相位发生变化，如（1-3-5）式
FBG中布拉格波长
（1-5-2）
为芯部朋效折射率。导模能量集中在纤芯中， 实际上与包层外的外界折射率无关。将光栅所在区域包层减小到一定程度，使渐逝波能够与外界环境有相长的移动，就可以制成FBG折射率传感器。
1．6光纤荧光温度传感器
1．6．1光纤荧光温度传原理
原理：荧光材料的温度敏感性（荧光寿命，荧光光强比）