文档介绍：光纤光栅 波长调制型光纤传感器
Fiber Optic Sensors
Lecture 6
光纤传感器的分类
功能型
按照被调制的光波参数
强度调制型
相位/频率调制型
波长调制型
偏振调制型
入射光波
出射光波
入射光波的特征参量:波长
外界因素:
温度,压力,电
磁场,位移
Min’s Fiber Optic Sensors
波长调制机理
引起波长变化-光谱特性随外界物理量而变化
荧光、磷光、黑体辐射等-大多数为非功能型
光纤光栅-功能型
光纤光栅~反射镜
应用领域-通信、传感、信息处理
光通信器件
半导体激光器、光纤激光器
光纤放大器、滤波器
波分复用/解复用器
色散补偿
传感
光学信息补偿-光学Fourier变换、相位阵列天线
Min’s Fiber Optic Sensors
传感应用
光纤光栅传感器
优点:
抗干扰能力强,稳定、可靠
传感头结构简单、体积小
测量重复性好
可实现绝对测量
便于规模生产、成网
不足:解调系统昂贵、动态范围受限
Min’s Fiber Optic Sensors
光纤的光敏性
历史
1978年,,488nm
1989年,,244nm(倍频),通信窗口的FBG
载氢掺锗
光敏性的解释:色心模型紫外辐射玻璃的压缩
光敏性类型:
I型光栅-通信锗硅光纤,Δn>0
IIA型光栅-重掺锗光纤,I型被擦除后,负调制折射率深度
II型光栅-透射谱为高通,温度稳定性高,擦除800℃
光栅的生命周期与稳定性
Min’s Fiber Optic Sensors
.* 光纤光栅的主要类型
光纤Bragg光栅(FBG)
nc ncl
λB
Min’s Fiber Optic Sensors
.* 光纤光栅的主要类型 cont’d
长周期光栅 LPG
导模包层模,损耗
宽带透射谱-增益平坦
灵敏
制造-振幅模板、逐点写入法
CORE
CLADDING
Min’s Fiber Optic Sensors
.* 光纤光栅的主要类型 cont’d
啁啾光栅(chirped)
结构:周期沿光纤轴向变化-线性、非线性
宽带反射谱:可达100nm
应用
色散补偿:100km(at1550nm)的色散
宽带滤波器
增益平坦
CORE
CLADDING
短
长
Min’s Fiber Optic Sensors
.* 光纤光栅的主要类型 cont’d
闪耀光栅
结构:波矢方向与光纤轴有一夹角模式耦合:导模包层模/异阶导模
相位光栅
FBG某些点处的周期性被破坏附加相移解复用器
MAIN-MODE
SIDE-MODE
CORE
CLADDING
l
r,为光栅写入时,距相位模版远端的距离
l1
CORE
CLADDING
l1
Min’s Fiber Optic Sensors
.* FBG应变传感模型
对于各向同性圆柱体-
几点假设:
光栅自身结构-纤芯+包层,忽略所有外包层的影响;
石英光纤-理想弹性体,遵循虎克定律,且内部不存在切应变;
紫外引起的光敏折射率变化在横截面上分布均匀,且不影响光纤的各向同性特性;
所有应力均为静应力,不考虑随时间变化
弹光效应
弹性变形
横向应力作用
纵向应力作用
Min’s Fiber Optic Sensors