光纖光柵傳感器的研究與應(yīng)用

0 引言
近年來(lái)。隨著光纖通信技術(shù)向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，以及逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)．在光通信迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，光纖光柵已成為發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)光源器件之一。光纖在紫外光強(qiáng)激光照射下，利用光纖纖芯的光敏感特性．光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化。這樣，在光纖軸向上就會(huì)形成周期性的折射率波動(dòng)，即為光纖光柵。由于光纖光柵具有高靈敏度、低損耗、易制作、性能穩(wěn)定可靠、易與系統(tǒng)及其它光纖器件連接等優(yōu)點(diǎn)，因而在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此。本文從光纖布拉格光柵、長(zhǎng)周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發(fā)，綜述了光纖布拉格光柵對(duì)溫度、應(yīng)變同時(shí)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用。

1 光纖傳感器的工作原理
1．1 光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)
光纖布拉格光柵FBG于1978年發(fā)明問(wèn)世。它利用硅光纖的紫外光敏性寫入光纖芯內(nèi)，從而在光纖上形成周期性的光柵，故稱為光纖光柵。圖l所示是其光纖光柵傳感器的典型結(jié)構(gòu)。

在圖1所示的光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)中，光源為寬譜光源且有足夠大的功率，以保證光柵反射信號(hào)良好的信噪比。一般選用側(cè)面發(fā)光二極管ELED的原因是其耦合進(jìn)單模光纖的光功率至少為50～100 μW。而當(dāng)被測(cè)溫度或壓力加在光纖光柵上時(shí)。由光纖光柵反射回的光信號(hào)可通過(guò)3 dB光纖定向耦合器送到波長(zhǎng)鑒別器或波長(zhǎng)分析器，然后通過(guò)光探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、儲(chǔ)存，并按用戶規(guī)定的格式在計(jì)算機(jī)上顯示出被測(cè)量的大小。
光纖光柵除了具備光纖傳感器的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外．還具有在一根光纖內(nèi)集成多個(gè)傳感器復(fù)用的特點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量功能。
1．2 光纖布拉格光柵原理
光纖布拉格光柵通常滿足布拉格條件

式中，λB為Bragg波長(zhǎng)，n為有效折射率，A為光柵周期。