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1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

1.2.3CCD在光电信号测量中的应用4

1.2.4强度调制型光电传感器的设计7

1.3相位调制光电传感器8

1.3.1概述8

1.3.2光波的叠加9

1.3.3典型的干涉11

1.3.4低相干光源干涉24

1.3.5典型相位型光电传感器28

1.3.6典型相位型光电传感器的设计31

1.3.7典型相位型光电传感器的性能34

1.3.8光的相干性38

1.3.9激光的相干性46

1.4偏振调制光电传感器47

1.4.1概述47

1.4.2弹光效应的应用48

1.4.3法拉第效应的应用49

1.4.4电光效应的应用51

1.4.5光学电功率传感系统54

1.4.6椭偏仪在薄膜测量中的应用57

1.4.7偏振调制型光电传感器的设计61

1.5波长调制型光电传感器62

1.5.1概述62

1.5.2激光多普勒测速63

1.5.3激光感生荧光测温65

1.5.4激光拉曼散射光谱测温67

1.5.5相干反斯托克斯拉曼光谱测温技术70

1.6光测高温术74

1.6.1维恩位移定律75

1.6.2光测高温76

1.7衍射型光电传感器78

1.7.1概述78

1.7.2衍射的基本理论79

1.7.3衍射型光电传感器的设计82

1.7.4光波空间频率检测法87

1.7.5激光衍射传感的应用实例91

1.7.6基于单缝衍射的测量精度与最大量程分析99

1.8小结101

习题与思考题108

参考文献108

2波前传感器110

2.1引言110

2.2波前传感器的基本原理112

2.3剪切干涉波前传感技术113

2.3.1剪切干涉波前传感器的基本原理113

2.3.2动态交变剪切干涉波前传感器114

2.3.3动态交变剪切干涉波前传感器的特点116

2.4动态哈特曼-夏克波前传感器技术116

2.4.1哈特曼-夏克波前传感器工作原理116

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118

2.5曲率传感器技术118

2.6像清晰化波前传感技术119

2.7波前校正器119

2.7.1变形反射镜120

2.7.2变形反射镜结构124

2.7.3高速倾斜反射镜127

2.8波前传感器在自适应光学系统中的应用127

2.8.1激光核聚变装置波前校正系统127

2.8.2高分辨率自适应光学望远镜129

2.8.3人眼视网膜成像自适应光学系统130

2.8.4其他应用132

2.9小结133

习题与思考题135

参考文献135

3光纤传感器137

3.1概述137

3.1.1光纤传感器的定义及分类137

3.1.2光纤传感器的特点138

3.2振幅调制传感型光纤传感器138

3.2.1光纤微弯传感器138

3.2.2光纤受抑全内反射传感器140

3.2.3光纤辐射传感器141

3.3振幅调制型光纤传感器的补偿技术142

3.3.1双波长补偿法142

3.3.2旁路光纤监测法144

3.3.3光桥平衡补偿法144

3.4相位调制传感型光纤传感器146

3.4.1引言146

3.4.2马赫-曾德尔光纤干涉仪和迈克尔孙光纤干涉仪147

3.4.3Sagnac光纤干涉仪148

3.4.4光纤法布里-珀罗干涉仪157

3.4.5光纤环形腔干涉仪162

3.4.6白光干涉型光纤传感器164

3.4.7外界压力对光纤干涉仪的影响170

3.4.8温度对光纤干涉仪的影响174

3.4.9光纤干涉仪的传感应用175

3.5偏振态调制型光纤传感器175

3.5.1光纤电流传感器175

3.5.2双折射对光纤传感的影响177

3.5.3对光纤电流传感器探头的进一步分析177

3.5.4光纤偏振干涉仪181

3.6波长调制型光纤传感器182

3.6.1引言182

3.6.2光纤光栅的分类182

3.6.3光纤布拉格光栅应变传感模型分析185

3.6.4光纤布拉格光栅温度传感模型分析191

3.6.5光纤布拉格光栅在光纤传感领域中的典型应用193

3.6.6长周期光纤光栅在传感领域的应用195

3.6.7光纤光栅折射率传感技术196

3.6.8LPG M-Z干涉仪折射率传感器201

3.7光纤荧光温度传感器204

3.7.1光纤荧光温度传感原理204

3.7.2荧光寿命测温204

3.7.3荧光强度比测温206

3.7.4荧光传感材料206

3.7.5荧光测温系统209

3.7.6荧光测温系统在工业界的应用210

3.8分布式光纤传感器212

3.8.1概述212

3.8.2散射型分布式光纤传感器214

3.8.3偏振型分布式光纤传感器219

3.8.4相位型分布式光纤传感器219

3.8.5微弯型分布式光纤传感器220

3.8.6荧光型分布式光纤传感器221

3.8.7其他类型的分布式光纤传感器223

3.8.8应用224

3.9聚合物光纤传感器224

3.9.1概述224

3.9.2多模聚合物光纤传感器及其应用226

3.9.3聚合物光纤光栅传感235

3.10光子晶体光纤及其在传感中的应用236

3.10.1概述236

3.10.2光子晶体光纤在传感中的应用237

3.10.3高双折射光子晶体光纤239

3.10.4双模光子晶体光纤传感器240

3.10.5掺杂的微结构聚合物光纤传感器242

3.10.6其他传感应用242

3.11传光型光纤传感器242

3.11.1振幅调制传光型光纤传感器243

3.11.2相位调制传光型光纤传感器245

3.11.3偏振态调制传光型光纤传感器247

3.12光纤传感技术的发展趋势及课题248

3.13小结249

习题与思考题249

参考文献250

4激光全息检测技术252

4.1概述252

4.2全息原理255

4.2.1基元全息图255

4.2.2基本公式256

4.3物像关系257

4.3.1基元全息图条纹的分布258

4.3.2点光源照明的波前再现260

4.4全息干涉计量262

4.4.1概述262

4.4.2二次曝光法264

4.4.3单次曝光法270

4.4.4时间平均法271

4.5全息干涉条纹的实验数据处理273

4.5.1全息干涉条纹的定位与解释273

4.5.2折射率二维分布位相物体的数学反演275

4.5.3折射率轴向对称分布位相物体的数学反演276

4.5.4折射率三维分布位相物体的数学反演277

4.6激光散斑检测技术279

4.6.1概述279

4.6.2激光散斑现象与散斑检测技术279

4.6.3激光散斑照相测量位相物体折射率分布282

4.6.4二维密度场与温度场的测量283

4.7小结283

习题与思考题285

参考文献286

5光层析传感器287

5.1概述287

5.2计算机层析成像的原理289

5.2.1概述289

5.2.2投影数据和拉冬变换290

5.2.3投影的中心频谱定理293

5.2.4回投影、取和与模糊图像的重现294

5.2.5OFPT图像重建算法296

5.3医用射线CT成像技术302

5.3.1医用X-CT成像技术302

5.3.2核辐射CT成像技术303

5.4工业CT成像技术307

5.4.1工业CT成像的原理307

5.4.2工业CT成像系统的组成307

5.4.3工业CT成像系统的主要性能308

5.4.4工业CT成像的应用309

5.5中子成像技术309

5.6光学层析成像310

5.6.1概述310

5.6.2光在介质中的传输特性311

5.6.3光学CT发展现状312

5.6.4光相干成像技术（OCT）316

5.6.5光弥散层析成像技术（DOT）318

5.6.6光过程层析成像（OPT）319

5.7小结322

习题与思考题325

参考文献325

6光电微型传感器330

6.1MEMS与微系统简介330

6.1.1概述330

6.1.2典型的MEMS产品332

6.1.3微制造业的演变与微传感器的发展334

6.1.4微系统设计与制造的多学科交叉本质335

6.1.5MEMS传感器和微系统在各工业领域的应用与市场336

6.2微光机电系统与光电微型传感器337

6.2.1微光机电系统337

6.2.2微光电传感器、执行器342

6.3微（光机电）系统设计与制造理论351

6.3.1微系统设计与制造的工程学351

6.3.2微系统设计的工程力学基础352

6.3.3微系统设计与热传工程理论353

6.3.4微型化的缩放比例定律353

6.3.5微系统光学理论354

6.3.6MEMS与微系统常用材料354

6.4微制造技术与微制造业354

6.4.1MEMS基本工艺355

6.4.2MEMS技术与微传感器性能的关系358

6.5微型系统的封装359

6.5.1微系统封装设计中通常应考虑的问题359

6.5.2微系统封装的关键问题360

6.5.3光微加工封装技术362

6.6光电微型传感器的典型结构366

6.6.1器件集成366

6.6.2精确预/后对准366

6.6.3阵列和重复结构366

6.6.4近场光学元件367

6.6.5光学镊子367

6.6.6局部伺服反馈367

6.7光电微型传感器典型器件367

6.7.1MEMS“元器件”的定义367

6.7.2带有微机械加工IO结构的光纤传感器367

6.7.3可调光学传感器369

6.7.4微机械加工的布拉格光栅传感器370

6.7.5微机械加工的纳米级SNOM传感器371

6.8微系统设计371

6.8.1设计关注的主要问题371

6.8.2微光机电系统的设计举例376

6.8.3计算机辅助设计CAD378

6.9小结381

习题与思考题381

参考文献382

7纳米传感器385

7.1纳米传感器原理385

7.1.1纳米器件、纳米系统与纳米技术385

7.1.2纳米传感器的基本原理387

7.2NEMS的设计与建模390

7.2.1NEMS系统的设计390

7.2.2纳米系统的结构391

7.2.3纳米级机电系统、装置与结构的建模393

7.3NEMS设计举例——生物纳米马达402

7.3.1NEMS设计概述402

7.3.2生物纳米马达402

7.4纳米制造技术406

7.4.1概述406

7.4.2物理蒸汽合成406

7.4.3分子束取向附生和有机金属蒸汽取向附生407

7.5纳米传感器的典型结构407

7.5.1纳米探针407

7.5.2碳纳米管408

7.5.3近场光学元件409

7.5.4纳米操纵器411

7.6典型纳米传感器412

7.6.1概述412

7.6.2基于共振隧穿、介观压阻等纳效应的NEMS传感器414

7.6.3基于一维纳米结构的NEMS传感器414

7.6.4微机械加工的纳米级SNOM传感器415

7.7小结415

习题与思考题416

参考文献416