《光纖光柵傳感器》PPT課件

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1、第十章光纖光柵傳感器光纖的紫外光敏性1978，K.O.Hill，加拿大渥太華研究中心發(fā)現(xiàn)光纖的光敏性所謂的光敏性，就是指當(dāng)材料被外部光照射時(shí)，引起該材料物理或化學(xué)特性的暫時(shí)或永久性變化的一種特性。光纖中的光敏性通常是特指光纖纖芯折射率在外部光源照射時(shí)發(fā)生改變的特性。在一定條件下，變化的大小與光強(qiáng)成線性關(guān)系并可保存下來。光纖的光敏性與摻雜有關(guān)。石英材料的分子結(jié)構(gòu)通常為四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)Si原子通過形成共價(jià)鍵與四個(gè)氧原子相連。由于純石英的吸收帶位于160nm處，對(duì)波長(zhǎng)在190nm以上一直到紅外區(qū)的光具有大于90％的透過率。這些波長(zhǎng)的光不會(huì)對(duì)石英

2、材料的性質(zhì)產(chǎn)生任何形式的影響。因此，光纖的光敏性與摻雜有關(guān)。~500nm(Bragggrating:FBG)~200μm(Long-periodgrating:LPG)8μm1mmto1500mmSinglemodefibreCoreCladdingRegionswithhigherrefractiveindexthanthatofcore’s光纖光柵1989，G.Meltz，美國(guó)聯(lián)合研究中心，側(cè)向?qū)懭敕ǎㄐ挪ㄩL(zhǎng)的光纖光柵。UV125μm光纖光柵的重要性光纖光柵的實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡，利用這一特性構(gòu)成

3、光纖無源器件傳輸損耗低、抗電磁干擾、質(zhì)量輕、柔韌、化學(xué)穩(wěn)定及電絕緣光纖光柵在光纖通信系統(tǒng)中的重要作用，類似于傳傳統(tǒng)光學(xué)中透鏡的作用FBG（fiberBragggrating)型高精度應(yīng)用問題解調(diào)技術(shù)復(fù)用技術(shù)LPG(longperiodgrating)型靈敏的溫度、應(yīng)力傳感器機(jī)械感應(yīng)式LPG光纖光柵傳感器1、光纖光柵的原理2、光纖光柵的制作3、光纖光柵的應(yīng)用4、光纖光柵技術(shù)的展望1、光纖光柵的原理FBG是通過紫外光曝光的方法，使光纖纖芯內(nèi)產(chǎn)生折射率的周期性變化，其分布函數(shù)可以表示為：z是沿光纖縱向的坐標(biāo)，?0是光柵起點(diǎn)的周期；?ndc是有效

4、折射率微擾的直流分量；?nac是有效折射率微擾的交流分量；?是一個(gè)附加的相位項(xiàng)，表示光柵的啁啾，它們都是z的函數(shù)。光纖光柵的模式耦合理論在光柵區(qū)域，光纖芯區(qū)光場(chǎng)滿足方程：而光柵中的光場(chǎng)包括前向基模、后向基模和包層模，因此，可以表示為：將它帶入光場(chǎng)方程，通過化簡(jiǎn)可以得到利用模式之間的正交性，光纖中傳輸?shù)膬蓚€(gè)光波，只有當(dāng)其傳播常數(shù)β1，βj滿足Bragg條件：光柵周期這兩個(gè)波之間會(huì)才發(fā)生能量的耦合。光纖Bragg光柵（FBG）輸入環(huán)形器FBG123（1）當(dāng)β1-（-β1）=2π/∧時(shí)，即同向纖芯基模與反向纖芯基模之間滿足相位匹配時(shí)，該光柵被稱

5、為Bragg光柵（FBG）FBG透射和反射特性FBG的特性A、均勻光柵B、切趾光柵C、啁啾光柵幾類FBG的折射率分布LPG輸入LPGLPG（長(zhǎng)周期）（2）特別的β1-βj=2π/∧時(shí)，即纖芯基模與同向傳輸?shù)陌鼘幽Ｖg滿足相位匹配時(shí)，該光柵被稱為長(zhǎng)周期光柵（LPG）閃耀光纖光柵閃耀光柵的光柵周期與折射率調(diào)制深度均為常數(shù)，但其光柵波矢方向卻不是與光纖軸線相一致，而是與其成一定的角度。閃耀光柵不僅引起反向?qū)Рｑ詈希疫€將基階模耦合至包層中損耗掉。閃耀光纖光柵寫入超結(jié)構(gòu)光纖光柵又稱取樣光柵，折射率調(diào)制是周期性間斷的，相當(dāng)于在光纖Bragg光柵

6、或啁啾光纖光柵的折射率調(diào)制上又加一個(gè)調(diào)制函數(shù)相移光纖光柵是指在光纖Bragg光柵的某些點(diǎn)，通過一些方法破壞其周期的連續(xù)性而得到的，每個(gè)不連續(xù)連接都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相移。相移光纖光柵的透射譜其主要特點(diǎn)是在Bragg反射帶中打開透射窗口，使波長(zhǎng)具有更高的選擇性，通過選擇合適的相移點(diǎn)位置和相移量，能夠使光纖光柵更好地滿足EDFA增益平坦的需要；常采用相移相位掩模法Moire光纖光柵采用兩個(gè)具有微小周期差異的紫外條紋對(duì)光纖的同一位置進(jìn)行二次曝光的結(jié)果，其譜特征是在反射帶中開了很窄的透射窗口。變跡光纖光柵采用特殊形式對(duì)光纖Bragg光柵的折射率調(diào)制深度進(jìn)

7、行調(diào)制，可形成變跡光柵，這種光柵具有豐富的譜特性，通過改變其調(diào)制函數(shù)及其他有關(guān)參數(shù)可根據(jù)需要控制其反射譜形狀。啁啾光纖光柵l3l2l1接縫接縫啁啾光纖光柵的周期不是常數(shù)而是沿軸向單調(diào)變化的,是一個(gè)非周期的光柵間距，可改變軸向的光柵周期Λ或光纖纖芯折射率或同時(shí)改變兩者獲得。2、光纖光柵的制作光纖光柵的制作方法有很多種，如縱向駐波干涉法，雙光束橫向干涉寫入法，相位模版法等。其中相位模版法以其工藝簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成品率高、便于大規(guī)模生產(chǎn)、光柵周期與光源無關(guān)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。前提：光敏光纖普通光纖氫載光纖中摻入光敏性雜質(zhì)，如：鍺、錫、硼等；

8、或多種摻雜。載氫增敏技術(shù)1、載氫增敏技術(shù)1993年AT&TBell實(shí)驗(yàn)室的P.J.Lemaire摻鍺光纖的載氫增敏技術(shù)。摻鍺3％光纖被放入氣壓為2.0-76MPa，溫度為20－75℃的氫氣中，