《光纤光栅传感器》PPT课件

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1、第十章光纤光栅传感器光纤的紫外光敏性1978，K.O.Hill，加拿大渥太华研究中心发现光纤的光敏性所谓的光敏性，就是指当材料被外部光照射时，引起该材料物理或化学特性的暂时或永久性变化的一种特性。光纤中的光敏性通常是特指光纤纤芯折射率在外部光源照射时发生改变的特性。在一定条件下，变化的大小与光强成线性关系并可保存下来。光纤的光敏性与掺杂有关。石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个Si原子通过形成共价键与四个氧原子相连。由于纯石英的吸收带位于160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的光具有大于90％的透过率。这些波长的光不会对石英

2、材料的性质产生任何形式的影响。因此，光纤的光敏性与掺杂有关。~500nm(Bragggrating:FBG)~200µm(Long-periodgrating:LPG)8µm1mmto1500mmSinglemodefibreCoreCladdingRegionswithhigherrefractiveindexthanthatofcore’s光纤光栅1989，G.Meltz，美国联合研究中心，侧向写入法，通信波长的光纤光栅。UV125µm光纤光栅的重要性光纤光栅的实质是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜，利用这一特性构成

3、光纤无源器件传输损耗低、抗电磁干扰、质量轻、柔韧、化学稳定及电绝缘光纤光栅在光纤通信系统中的重要作用，类似于传传统光学中透镜的作用FBG（fiberBragggrating)型高精度应用问题解调技术复用技术LPG(longperiodgrating)型灵敏的温度、应力传感器机械感应式LPG光纤光栅传感器1、光纤光栅的原理2、光纤光栅的制作3、光纤光栅的应用4、光纤光栅技术的展望1、光纤光栅的原理FBG是通过紫外光曝光的方法，使光纤纤芯内产生折射率的周期性变化，其分布函数可以表示为：z是沿光纤纵向的坐标，0是光栅起点的周期；ndc是有效

4、折射率微扰的直流分量；nac是有效折射率微扰的交流分量；是一个附加的相位项，表示光栅的啁啾，它们都是z的函数。光纤光栅的模式耦合理论在光栅区域，光纤芯区光场满足方程：而光栅中的光场包括前向基模、后向基模和包层模，因此，可以表示为：将它带入光场方程，通过化简可以得到利用模式之间的正交性，光纤中传输的两个光波，只有当其传播常数β1，βj满足Bragg条件：光栅周期这两个波之间会才发生能量的耦合。光纤Bragg光栅（FBG）输入环形器FBG123（1）当β1-（-β1）=2π/∧时，即同向纤芯基模与反向纤芯基模之间满足相位匹配时，该光栅被称

5、为Bragg光栅（FBG）FBG透射和反射特性FBG的特性A、均匀光栅B、切趾光栅C、啁啾光栅几类FBG的折射率分布LPG输入LPGLPG（长周期）（2）特别的β1-βj=2π/∧时，即纤芯基模与同向传输的包层模之间满足相位匹配时，该光栅被称为长周期光栅（LPG）闪耀光纤光栅闪耀光栅的光栅周期与折射率调制深度均为常数，但其光栅波矢方向却不是与光纤轴线相一致，而是与其成一定的角度。闪耀光栅不仅引起反向导波模耦合，而且还将基阶模耦合至包层中损耗掉。闪耀光纤光栅写入超结构光纤光栅又称取样光栅，折射率调制是周期性间断的，相当于在光纤Bragg光栅

6、或啁啾光纤光栅的折射率调制上又加一个调制函数相移光纤光栅是指在光纤Bragg光栅的某些点，通过一些方法破坏其周期的连续性而得到的，每个不连续连接都会产生一个相移。相移光纤光栅的透射谱其主要特点是在Bragg反射带中打开透射窗口，使波长具有更高的选择性，通过选择合适的相移点位置和相移量，能够使光纤光栅更好地满足EDFA增益平坦的需要；常采用相移相位掩模法Moire光纤光栅采用两个具有微小周期差异的紫外条纹对光纤的同一位置进行二次曝光的结果，其谱特征是在反射带中开了很窄的透射窗口。变迹光纤光栅采用特殊形式对光纤Bragg光栅的折射率调制深度进

7、行调制，可形成变迹光栅，这种光栅具有丰富的谱特性，通过改变其调制函数及其他有关参数可根据需要控制其反射谱形状。啁啾光纤光栅l3l2l1接缝接缝啁啾光纤光栅的周期不是常数而是沿轴向单调变化的,是一个非周期的光栅间距，可改变轴向的光栅周期Λ或光纤纤芯折射率或同时改变两者获得。2、光纤光栅的制作光纤光栅的制作方法有很多种，如纵向驻波干涉法，双光束横向干涉写入法，相位模版法等。其中相位模版法以其工艺简单、重复性好、成品率高、便于大规模生产、光栅周期与光源无关等优点而得到广泛的应用。前提：光敏光纤普通光纤氢载光纤中掺入光敏性杂质，如：锗、锡、硼等；

8、或多种掺杂。载氢增敏技术1、载氢增敏技术1993年AT&TBell实验室的P.J.Lemaire掺锗光纤的载氢增敏技术。掺锗3％光纤被放入气压为2.0-76MPa，温度为20－75℃的氢气中，