光纤光栅传感器的原理及应用研究

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1、!"##$年%#月重庆师范大学学报（自然科学版）&’()"##$第"*卷第+期,-./012-345-0678069-/:12;08<=/>8(（?91(./12@’8=0’=）A-2)"*9-)+B&C：%#)D$*$E,)C@@9)%*F"G**$D)"##$)#+)#""!光纤光栅传感器的原理及应用研究杨!兴，胡建明，戴特力（重庆师范大学物理学与信息技术学院，重庆+###+F）摘要：作为性能优良的敏感元件，均匀光纤布拉格光栅、啁啾光纤布拉格光栅等多种传感器已经有了更多的应用领域。通过光纤布拉格光栅内部写入、干涉法侧面写入、相位模版法写入等制作技术的原理说明和对比评介，通过光纤光栅传

2、感器对所在环境的应变、应力、温度变化和动态磁场的感应原理分析，以及对光纤光栅传感器在复合材料、电力系统、石油天然气井和建筑结构中的应用工程的综述，阐明了这一类传感器件在单参数传感测量，特别是多参数传感测量中还有很大的发展空间，值得进一步研究。关键词：布拉格光纤光栅；相位模版法写入技术；单参数传感器；多参数传感器；建筑结构参数检测中图分类号：H9"+%文献标识码：I!!!文章编号：%*F"G**$D（"##$）#+G#%#%G#J［%］!!自上世纪F#年代，K822等人首次制作出第一的稳定性要求较高，不利于大批量生产。相位掩模根短周期光纤光栅（即布拉格光纤光栅———LMN）以法，用紫外光垂

3、直照射相位掩模板后形成的R%级来，经过D#多年的发展，光纤光栅的制作技术有了和S%级衍射光，R%和S%级衍射光在掩模板后干很大的提高，光纤光栅也得到了广泛的应用。尤其近涉对载氢光敏光纤曝光从而刻写LMN。相位掩模法［"］"#年兴起的光纤光栅传感器，更是吸引了各国学制作的LMN的谐振波长只与相位掩模板的周期有者的广泛关注。相比传统的传感器，光纤光栅传感器关。这种方法对光源的相干性要求不高，制作装置具有其独特的优势，例如，径细、质软、重量轻，以及绝简单，是目前广泛采用的方法。随着光子晶体的制［J］［*］缘、抗电磁干扰且耐水、耐高温、耐腐蚀等特点。正是作工艺及传输特性的深入研究，光子晶体也逐由

4、于光纤光栅传感器所具有的诸多特点使其在工业、渐被应用到光纤光栅的制作中，光子晶体光纤光栅农业、生物、医疗、国防等领域有着广阔的应用。也逐渐被应用到光纤光栅传感器的制作中。相位掩模法制作LMN的装置主要由D部分组%光纤光栅的制作与发展成：激光器、曝光装置及成栅监控系统。激光器可选经过几十年的不断发展，写入激光光源的不断用T/L或I/L等准分子激光器，激光主要指标有光更新和光纤制作技术的不断完善，使光纤光栅的制斑大小、脉冲能量、相干长度、光斑质量、重复频率作技术有了长足的发展。短周期光纤光栅的制作通等；曝光装置由相位掩模板、光学精密平台（由步进常分为两种：一种是内部写入法，一种是外部写入电机

5、控制的可移动平台）及各种反射镜和透射镜组法。内部写入法，制作简单，对实验装置的要求较成；成栅监控装置包括宽带光源、光谱分析仪、44B低，但它只能写入布拉格波长与激励波长一致的光和监视器。图%是相位掩模法制作LMN的示意图，栅。%$FO年K822等人使用+OO0:氩离子激光器作图"是光敏光纤成栅的结构图。光源，利用驻波干涉法成功制出第一根LMN。由于［D］内部写入法的制约，%$O$年，美国的P=2(Q等人首［+］次提出了紫外侧写的外部写入技术；%$$D年，K822等人又提出了相位掩模法外部写入技术。P=2(Q等人的紫外侧写法，是以波长"++0:的紫外光作光源，利用全息干涉法从侧面对载氢光纤

6、进行曝光刻写LMN。由于光栅的谐振波长与两束写入相干光的夹角有关，因此可以制作出谐振波长与写入波长不图%!相位掩模法制作光纤光栅的示意图同的光纤光栅，但此种方法对光源的相干性和系统!收稿日期："##$G#+G%+!!修回日期："##$G#JG"#资助项目：重庆市高校光学工程重点实验室项目（9-)#F#J）；重庆师范大学校级课题（9-)#FU@#%）作者简介：杨兴，男，硕士研究生，研究方向为光纤光栅及传感器件的制作；通讯作者：胡建明，VG:182：5.W810:806X’70.)=Y.)’0!重庆师范大学学报（自然科学版）"4556：77888*9:;<=*9;""""""""""第!2卷

7、!*(应变的测量波长漂移!!!#和它所受的纵向应变!#的关系式!!!#%!（!(+$$）!#（!）!"$$%［$(!+（%$((+$(!）］（$）!其中$$是光纤的弹光系数，$((和$(!是光纤的光学应力张量分量；%是泊松系数。实验测得波长图!"光敏光纤成栅的结构图(*,,"-的./0波长灵敏度系数约为(*(,。在检［#］测过程中对加速度、超声波、力等物理量的测量都可!光纤光栅传感器的原理以转化为应变来测量。短周期光纤光栅属于反射型