光栅布拉格光栅及其传感特性研究

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1、光栅布拉格光栅及其传感特性研究2一光纤光栅概述21.1光纤光栅的耦合模理论21.2光纤光栅的类型3121均匀周期光纤布拉格光栅31.2.2线性阴啾光纤光栅31.2.3切趾光纤光栅31.2.4闪耀光纤光栅41.2.5相移光纤光栅41.2.6超结构光纤光栅41.2.7长周期光纤光栅4二光纤布拉格光栅传感器52.1光纤布拉格光栅应力传感器52.2光纤布拉格光栅温度传感器62.3光纤布拉格光栅压力传感器62.4基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7三光纤光栅传感器的敏化与封装103.1光纤光栅传感器的温度敏化103.2光纤光栅传感器的应力敏化1()3.2光纤光栅传感器的交叉敏感及英解决方

2、法10四光纤光栅传感网络与复用技术104.1光纤光栅传感网络常用的波分复用技术114.1.1基于波长担描法的波分复用技术124.1.2基于波长分离法的波分复用技术134.1.3基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术134」.4基于码分多ill.(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术144.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术144.3光纤光栅传感网络常川的时分复用技术164.4光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术184.4.1光纤光栅传感副载波频分复用技术184.4.2FBG传感网络的光频域反射复用技术184.5光纤光栅传感网络的相干复用技术184.6混合复JIJFBG传感网络1

3、8461WDM/TDM混合FBG网络184.6.2SDM/WDM混合FBG网络184.6.3SDM/TDM混合FBG网络184.6.4SDM/WDM/TDM混利FBG网络184.6.5光频域反射复丿〕"波分复川混合FBG传感网络18五光栅光栅传感信号的解调方法18六激光传感器18光栅布拉格光栅及其传感特性研究一光纤光栅概述1.1光纤光栅的耦合模理论光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件下、不同类型的光纤可产生多种不同的折射率分布的光纤光栅。光纤芯区折射率周期变化造成光纤波导条件的改变,导致一定波长的光波发生相应的模式耦合，对于整个光纤曝光区域,可以由下列表示折射率分布较为

4、一般的描述：ra3（M）q[l+F（“,z）]〃（厂，0,Z）=｛〃2式中：4为光纤纤芯半径；勺为光纤包层半径；q为纤芯初始折射率；〃2为包层折射率；尸(几02)为光致折射率变化函数，在光纤曝光区，英最大值为）LaxAn唤为折射率变化最大值。光纤光栅区域的光场满足模式耦合方程:dA（z）dzk（z）〃（z）expdB⑵dzd-2）k（z）A（z）exp式中：4⑵、B(z)分别为光纤光栅区域的前向波、后向波；鸟⑵为耦合系数；g(z)与光栅周期和传播常数0有关。利用此方程和光纤光栅的折射率分布、结构参量及边界条件，并借助于四阶Runge-Kutta数值算法，可求出光纤光栅的

5、光谱特性。光纤光栅的不同光谱特性呈现出不同的传输或调制特性，因而可构成不同功能的光线器件。1.2光纤光栅的类型光纤光栅按结构的空间周期分布是否均匀可分为：周期性光纤光栅和非周期性光纤光栅。周期性光纤光栅制造简单，但其特性容易受到限制。非周期性光纤光栅结构制造困难，但其特性容易满足各种要求。光纤光栅按功能可分为：滤波型光纤光栅和色散补偿性型光纤光栅。色散补偿型光纤光栅属于非周期型光纤光栅，乂称为碉啾光纤光栅。光纤光栅按结构的空间周期和折射率的分布可分为：1.2.1均匀周期光纤布拉格光栅这是口前最常用的光纤光栅，多数情况下生产的属于均匀周期正弦型光栅。由这种均匀光栅的光谱特性可知，在

6、一定带宽的谐振峰两边有一些旁瓣，这是由于光纤光栅两端的折射率突变引起的Fabry-Perot效应所致。这些旁瓣分散了光能量，不利于光纤光栅的应用，所以均匀光纤光栅的旁瓣抑制是表征其性能的主要指标之一。1.2.2线性碉啾光纤光栅栅格间距不等的光栅，通常称为碉啾光纤光栅。不同的栅格周期对应不同的反射波长，因此碉啾光纤光栅能够形成很宽的反射带宽。线性碉啾光纤光栅是折射率调制幅度不变、周期沿光栅轴向线性变化的光栅，线性碉啾光纤光栅谐振峰两边也有一些旁瓣，产生的原因与均匀光纤光栅一样，也不利于应用。1.2.3切趾光纤光栅切趾光纤光栅的周期是均匀的，折射率随一定的函数关系呈一个钟形包络变化，

7、典型的包络函数冇高斯分布函数、超高斯分布函数、升余弦函数、帽粮函数、柯西函数。这种光栅的两端折射率分布逐渐递减至零，消除了折射率突变，从而使它的反射谱不存在旁瓣。1.2.4闪耀光纤光栅光栅制作过程中，如果紫外侧写光束与光纤轴不垂直，造成其折射率的空间分布与光纤轴有一个小角度，但光纤光栅的周期和折射率调制深度均为常数，这就形成了闪耀光纤光栅。闪耀光纤光栅的光谱特性类似于均匀光纤光栅，也有旁瓣。1.2.5相移光纤光栅相移光纤光栅是在均匀光纤光栅的某些特点上，通过一些方法破坏其周期的延