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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 白光干涉理论及其发展 2

1.3 光纤白光干涉技术发展历程 3

1.3.1 光纤白光干涉传感技术 3

1.3.2 光纤白光干涉测量技术 5

1.3.3 基于白光干涉的OCT技术 6

1.4 发展动力 8

1.4.1 需求牵引的拉动 9

1.4.2 技术发展的推动 9

1.5 小结 10

参考文献 10

第2章 宽谱光源的相干理论 23

2.1 引言 23

2.2 宽谱光源的功率谱及其自相关函数特性 24

2.3 几种典型的宽谱光源 28

2.3.1 常用的宽谱光源 28

2.3.2 LED宽谱光源及其特征参数 28

2.3.3 SLD光源 31

2.3.4 ASE光源 38

2.3.5 基于光子晶体光纤的非线性光学效应产生的超连续谱光源 43

2.4 宽谱光源的自相关特性 44

2.4.1 高斯函数的傅里叶变换特性 44

2.4.2 光谱密度高斯基函数展开方法 46

2.4.3 宽谱光源的自相关特性 47

2.5 光纤中宽谱光的部分相干特性 55

2.5.1 光纤中窄谱准单色光的空间强度干涉定律 57

2.5.2 光纤中宽谱光的谱干涉定律 61

2.5.3 谱干涉定律微观机制的物理解释 64

2.5.4 互相干的传播 66

2.5.5 干涉的互补空间 68

2.5.6 宽谱光的干涉在互补空间中的表现形式 68

参考文献 70

第3章 部分偏振光的内禀相干不变性 73

3.1 引言 73

3.2 偏振光干涉的相干度 74

3.2.1 光的偏振态及其描写方法 74

3.2.2 偏振度的概念 75

3.2.3 部分偏振光的部分相干性 76

3.3 部分偏振光的内禀相干不变性 80

3.3.1 内禀相干度的概念 80

3.3.2 部分偏振光的内禀相干不变性理论 84

3.3.3 光波电场部分偏振与相干之间的线性关系 92

3.3.4 来自同一光源的部分偏振与部分相干光干涉条纹可见度的优化 95

3.4 单模光纤中的偏振光传输 97

3.4.1 单模光纤中的偏振光描写方法 97

3.4.2 外界扰动导致的正交偏振模式耦合 103

3.4.3 偏振光波传输的矩阵表示 115

3.5 光纤中光偏振扰动及其等效变换矩阵 119

3.5.1 挤压所致的线性双折射 119

3.5.2 扭转引起的偏振特性变化 122

3.5.3 温度与温度梯度效应对偏振态的影响 124

3.6 偏振控制方法与控制技术 126

3.6.1 保偏单模光纤 127

3.6.2 光纤偏振态控制技术 129

3.6.3 光学线性变换等效补偿器 130

参考文献 132

第4章 光纤白光干涉仪与解调仪 138

4.1 引言 138

4.1.1 光纤白光干涉仪 138

4.1.2 光纤白光干涉解调仪 138

4.1.3 本章的内容 139

4.2 光纤白光干涉仪与解调仪的基本器件 139

4.2.1 光纤准直器 139

4.2.2 光纤反射器 140

4.2.3 光纤隔离器 141

4.2.4 光纤环形器 143

4.2.5 光纤耦合器 144

4.3 光纤白光干涉仪的基本构造 146

4.3.1 散射光场及其Born近似 146

4.3.2 空-时域光纤白光干涉仪 152

4.3.3 谱域光纤白光干涉仪 156

4.3.4 偏振相关的光纤白光干涉仪 159

4.4 光纤链路对串接干涉仪之间的相干信号偏振态的影响 168

4.4.1 连接光纤对干涉测量的影响 168

4.4.2 基于内禀相干不变性原理的信号恢复方法 169

4.5 光纤白光干涉解调仪 171

4.5.1 空域干涉解调方法（一）：单探测器系统 171

4.5.2 空域干涉解调方法（二）：CCD线性阵列探测器系统 188

4.5.3 谱域干涉解调方法 198

4.5.4 时域相干与谱域相干的关系 202

参考文献 208

第5章 白光干涉信号处理方法 213

5.1 引言 213

5.2 白光干涉信号特征与信号预处理 215

5.2.1 白光干涉信号特征 215

5.2.2 合成光源方法 218

5.2.3 白光干涉信号的预处理算法 224

5.2.4 基于多光源的预处理算法 230

5.2.5 信号预处理小结 234

5.3 时（空）域信号处理方法 235

5.3.1 条纹重心法 236

5.3.2 包络提取法 239

5.3.3 空间频率法 251

5.3.4 相移干涉法 255

5.3.5 时（空）域信号处理方法小结 257

5.4 频（谱）域信号处理方法 257

5.4.1 白光干涉的频谱域探测 258

5.4.2 多点法 261

5.4.3 傅里叶变换法 264

5.4.4 频（谱）域信号处理方法小结 270

参考文献 271

第6章 白光相干域测量技术 277

6.1 引言 277

6.2 白光相干域测量基本原理 279

6.2.1 白光相干域测量原理 279

6.2.2 空间分辨率 287

6.2.3 色散效应影响 289

6.2.4 探测信号频率与带宽 291

6.2.5 本征噪声源 293

6.2.6 测量灵敏度 295

6.2.7 关键性能之间的平衡 299

6.3 白光相干域反射测量技术与应用 300

6.3.1 OLCR系统典型结构 303

6.3.2 OLCR测量的关键技术 309

6.3.3 OLCR测试技术的应用 318

6.4 白光干涉偏振测量技术 336

6.4.1 分布偏振串扰测量原理 339

6.4.2 OCDP测量关键技术 344

6.4.3 OCDP测试系统构建 365

6.5 Y波导测试方法与应用 372

6.5.1 测试原理 375

6.5.2 测量方法 379

6.5.3 实验结果 384

6.5.4 分析与讨论 388

参考文献 390

第7章 光纤白光干涉传感技术 399

7.1 引言 399

7.2 光纤白光干涉传感测量的物理参量 400

7.2.1 位移测量 401

7.2.2 压力测量 403

7.2.3 倾角测量 405

7.2.4 折射率测量 408

7.2.5 应变测量 411

7.2.6 温度测量 413

7.3 光纤白光干涉单点传感器 414

7.3.1 光纤白光干涉传感器的尺度特性 414

7.3.2 典型的单点传感器及其解调方法 421

7.4 光纤白光干涉分布式传感技术 426

7.4.1 准分布应变传感器 427

7.4.2 白光干涉分布式扰动定位传感系统 431

7.4.3 运动扫描式白光干涉仪及其分布式振动传感系统 438

7.5 光纤白光干涉传感多路复用与网络技术 448

7.5.1 白光干涉光纤传感器的多路复用技术 449

7.5.2 发展光纤传感网络技术的理由 454

7.5.3 白光干涉传感网络拓扑结构与关键问题 455

7.5.4 白光干涉传感网络应用方案举例 462

参考文献 468

第8章 白光相干层析成像技术 474

8.1 引言 474

8.1.1 OCT的基本结构 475

8.1.2 OCT的信号处理方法 476

8.2 OCT信号特性 478

8.2.1 单散射和光层析成像 478

8.2.2 样品的多重散射 483

8.2.3 探测深度 483

8.2.4 灵敏度 486

8.2.5 散斑 488

8.2.6 分辨率 490

8.3 OCT光源 493

8.3.1 相干特性 493

8.3.2 波长 495

8.3.3 光谱结构 497

8.4 低相干干涉仪和OCT 500

8.4.1 时域OCT 500

8.4.2 傅里叶域OCT 504

8.4.3 并行OCT 508

8.5 功能性OCT 511

8.5.1 偏振敏感OCT 511

8.5.2 多普勒OCT 514

8.5.3 依赖波长的OCT 518

8.6 OCT应用 524

8.6.1 眼科中的OCT 525

8.6.2 OCT活检和功能OCT 526

8.6.3 非医学OCT 531

参考文献 532

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