本书以光电信息系统为核心，详细介绍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、结构和技术等进行深入细致的阐述。
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目录
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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 ABCD定律 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 21
1.4.1光纤激光器的泵浦结构 22
1.4.2环形腔光纤激光器的设计 23
习题与思考 26
第二章 激光调制技术 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 31
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 37
2.2.3电光相位调制 42
2.2.4电光调制器的电学性能 42
2.3 声光调制 45
2.3.1声光调制的物理基础 45
2.3.2声光互作用的两种类型 46
2.3.3声光调制器 53
2.4 磁光调制 56
2.4.1磁光效应 56
2.4.2磁光调制器 58
2.5 直接调制 58
2.5.1半导体激光器直接调制的原理 58
2.5.2半导体发光二极管的调制特性 59
2.5.3半导体光源的模拟调制 60
2.6 间接调制 60
习题与思考 63
第三章 光波在光纤中的传输及放大技术 64
3.1光波在光纤波导中的传播 64
3.1.1光纤波导的结构 64
3.1.2光波在光纤波导中的传播特性 65
3.1.3光波在光纤波导中的衰减和色散特性 70
3.2光放大器概述 72
3.2.1基本原理 72
3.2.2光放大器的种类 73
3.2.3光放大器的基本性能 73
3.3半导体激光放大器 76
3.3.1放大器的结构 76
3.3.2放大器的性能 77
3.4掺铒光纤放大器 79
3.4.1增益特性 81
3.4.2放大器的噪声系数 83
3.5光纤拉曼放大器 83
3.5.1光纤拉曼放大器的概述 84
3.5.2光纤拉曼放大器的基本原理 85
3.5.3宽带混合光纤放大器 86
习题与思考 87
第四章 光电探测技术 89
4.1光电探测器的物理效应 89
4.2辐射度量与光度量的基础知识 90
4.2.1光的本质 90
4.2.2辐射度的基本物理量 91
4.2.3光度的基本物理量 93
4.2.4热辐射的基本物理量 94
4.2.5辐射度与光度中的基本定律 95
4.3光电探测器件的特性参量 99
4.3.1积分灵敏度 99
4.3.2光谱灵敏度 99
4.3.3频率灵敏度 100
4.3.4量子效率 101
4.3.5通量阈和噪声等效功率 (NEP) 101
4.3.6归一化探测度 101
4.3.7其他参数 102
4.4直接探测系统的性能分析 102
4.4.1光电探测器的平方律特性 102
4.4.2信噪比性能分析 103
4.4.3直接探测系统的 NEP分析 104
4.5光频外差探测的基本原理 105
4.5.1光外差探测的原理 105
4.5.2基本特性 108
习题与思考 109
第五章 光谱分析技术 111
5.1光谱分析仪的分类 112
5.2基于衍射光栅的光谱分析仪 114
5.3基于衍射光栅光谱仪的主要技术指标 118
5.3.1波长精度 118
5.3.2波长校准技术 118
5.3.3波长分辨率和动态范围 120
5.3.4灵敏度和扫描时间 121
5.4调制信号的测量 121
习题与思考 124
第六章 频谱分析技术 125
6.1频谱分析的基本概念 125
6.1.1测量的设定 125
6.1.2激光的线宽和啁啾 126
6.1.3两个光场之间的干涉 128
6.2激光线宽特性 130
6.2.1使用本振激光器的外差方法 130
6.2.2延迟自外差 133
6.2.3延迟自零差 134
6.2.4光电流谱：相干效应 135
6.2.5相干鉴别器的方法 138
6.2.6几种方法的比较 139
6.3调制激光器的频谱测量 140
6.3.1差频方法 140
6.3.2门控延迟的自零差技术 141
6.4激光啁啾测量 142
6.5频率调制测量 144
习题与思考 146
第七章 分布式光纤传感技术 147
7.1光纤传感技术的概述 147
7.1.1光纤传感器的工作原理 147
7.1.2分布式光纤传感技术的特点 153
7.1.3分布式光纤传感技术的主要参数 154
7.2基于布里渊散射的分布式光纤传感技术 155
7.2.1光纤中的布里渊散射 156
7.2.2光纤中布里渊散射的特性 159
7.2.3基于布里渊散射的分布式光纤传感器系统 162
7.3基于布里渊激光器本振光源的 BOTDR系统设计与性能 166
7.3.1实验系统 166
7.3.2实验结果与分析 166
习题与思考 169
第八章 图像检测技术 170
8.1 目标追踪 170
8.2图像检测技术的边缘检测算法 172
8.2.1传统边缘检测算法分析 172
8.2.2图像检测算法仿真结果分析 175
8.2.3图像检测系统设计与实现 177
8.3基于自适应阈值图像检测技术及实现 179
8.3.1自适应阈值的 Sobel边缘检测算法 180
8.3.2自适应阈值的 Sobel边缘检测系统设计 181
8.4基于改进差分算法的图像检测系统 184
8.4.1传统帧间差分法和四帧差分算法 184
8.4.2改进四帧差分算法 185
8.4.3系统设计与结果分析 189
8.5基于以太网传输的图像检测系统设计及实现 191
8.6基于卷积神经网络的图像识别 199
8.6.1基于改进的 Alexnet模型 199
8.6.2模型实现 200
习题与思考 202
参考文献 203
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