夹在I层与N层间的P层存在高电场，
该层被称为倍增区（雪崩区）。
2.3.2 雪崩光电二极管（APD）

2.3.3 光敏电阻
光敏电阻是基于光电导效应原理， 在光照条件下，通过改变自身的电阻 率来实现测量任务的一种光电探测器。
紫外光敏电阻器：对紫外线灵敏，如硒化镉光敏电阻器，用于探测紫外线。 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、
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2.3.2 雪崩光电二极管（APD）
APD光二极管的工作机理就是：光生载流子 ─ 空穴电子对在APD 光二极管内部高电场作用下高速运动，在运动过程中通过碰撞电离效应， 产生数量是首次空穴电子对几十倍的
二次、三次新空穴电子对，从而形成
很大的光信号电流. APD光二极管的 构造和场强分布如图所示，在反向时
光纤传感原理与应用技术
赵勇 编著
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第二章 光纤传感系统
2.1 光纤传感系统的组成 2.2 光纤传感系统中的光源 2.3 光纤传感系统中的光电探测器 2.4 光纤传感系统中的调制技术 2.5 光纤传感技术简介
2.1 光纤传感系统的组成
光纤传感系统的组成

光源、传感器探头或传感光纤 传输光纤或光纤器件 光电探测器等
应用领域

医学和生物 电力工业 化学和环境 军事 智能结构 质轻、径细、抗电磁干扰、耐腐蚀 集信息传输与传感于一体
优势

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2.2 光纤传感系统中的光源
光源的作用是将电信号电流转换成光信号功率，即电—光 转换，以便在光纤中传输。在相当多的光纤传感器中还对光源的 相干性有一定要求。 传感系统中常用的光源： 非相干光源 白炽光源 发光二极管 半导体激光 二极管 DFB半导体激光器 量子阱半导体激光器 光纤激光器 氦氖气体激光器
缠绕型光纤传感器是将传感光纤缠绕在被测物体上或者由两根
或者多跟多模光纤相互缠绕绞合而成的，如图所示。 原理：随着被测物体形变，光纤的曲率、节距都在随之变化， 导致折射率等参量变化，光线 有所损耗，光纤的输出光强随 之变化，以此来计算被测量的 变化。 缠绕型光纤传感器原理图
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2.5 光纤传感技术简介
光源
相干光源
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2.3 光电探测器
按作用原理光探测器可分为吸收光子给器件升温而探测入射光能
的热电器件和将入射光转化成电流或者电压的光电器件
2.3.1 PIN光电二极管
PIN型光电二极管也称PIN结二极管、PIN二极管，在两种半导体之
间的 PN结，或者半导体与金属之间的结的邻近区域，在P区与N区之 间生成I型层，吸收光辐射而产生光电流的一种光检测器。具有结电容 小、渡越时间短、灵敏度高等优点。
光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度
的重要标志。它已广泛用于军事、国防、航
天航空、工矿企业、能源 环保、工业控制、 医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。
光强 相位 频率 波长
传输光纤 调制器 解调器
可 用 信 息
载波光波
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2.5 光纤传感技术简介
成功应用案例
FFT在美国空军事基地建有周界报警系 统。该基地周界由网孔型围栏和铁栅栏组 成，其上部还装有蛇腹式铁丝网。该系统 安装在这些围栏和铁丝网上，同时安装地 埋式光纤报警系统。该系统已运行一年， 通过了用户的验收，其定位精度达到50m，
进行入射光位置的测量。
光入射位置
2.3.6 光电位置敏感器件

光入射位置
2.4 光纤传感器中光的调技术
在光纤传感器中，按照对光的调制方式可分为强度调制、相位调
制、偏振调制、频率调制、波长调制等。 这里对光的强度调制做重点的介绍。
原理：光强调制型光纤传感器是用被测信号调制光强，使探测
器接收到的光强随被测信号的变化而变化。
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2.4 光纤传感器中光的调制技术
遮光型光纤传感器
遮光型光纤传感器是将发射光纤和输出光纤对准，光强控制信
号加在移动的遮光板上，使接收光纤只能接到发送光纤的部分光， 从而实现光调制。
遮光型光纤传感器原理图
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2.4 光纤传感器中光的调制技术
缠绕型光纤传感器
中传输的路程和入射角变化，从而引起输出端光强变化，进而实现 应力等物理参量的测量。
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2.4 光纤传感器中光的调制技术
蚀刻型光纤传感器
如图所示，外力作用在蚀刻后
的多模光纤上，光纤长度的变化将
引起折射率的变化进而引起功耗的
变化，从而实现物理量的测量。 蚀刻型光纤传感器原理图 实验表明：光纤长度变化与功耗成正比，光纤长度变化的灵 敏度和蚀刻深度成正比。
天文探测、非接触测量、红外光谱、科学研究工农业生产中。
可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光
电控制系统，
2.3.4 硅光电池
硅光电池是一种直接把光能转换成电能的半导体器件。它的结
构很简单，核心部分是一个大面积的PN 结。
硅光电池工作原理靠光生伏特效应。当光照射时，半导体中激 发出电子一空穴对，在内电场的作用下，属于多数载流子的不能穿
越阻挡层，而少数载流子却能穿越阻
挡层。结果，P区的光生电子进入N区， N区的光生空穴进入p区，使N区带负电， 使P区带正电。P区和N区之间产生光生 电动势。
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2.3.6 光电位置敏感器件
光电位置敏感器件PSD (Position Sensitive Device)，PSD 属于半导体 器件, 具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点， PSD是一种新型的半导体位置敏感器件,它是基于横向光电效应的理论
优点及常用类型：光强调制型光纤传感器具有结构简单、
易于实现等优点常用的类型有，微弯型、蚀刻型、遮光型和缠绕型。
下面对各种类型的光强调制型光纤传感器做具体的讲解
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2.4 光纤传感器中光的调制技术
微弯型光纤传感器
光纤的弯曲能够使光从纤芯
射入包层而产生损耗，无外力时
光纤输出端输出光强为一常量，
当被测面受力形变时，光在光纤 微弯型光纤传感器原理图
并集成了高性能的CCTV系统。当系统检测
到非法入侵时可以自动激活相应的CCTV系 统。该基地的周界长度为23km。
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