光纤光栅传感技术

第36卷　增刊　　　　　　　　　　　　　　　激光与红外　2006年9月　　　　　　　　　　　　　　LASER　&　INFRARED

Vol.36,Supplement

September,2006

　　文章编号:100125078(2006)增刊20749206

光纤光栅技术综述

李　尧,赵　鸿,朱　辰,于继承,张大勇,周寿桓

(华北光电技术研究所,北京100015)

摘　要:简要回顾了光纤光栅的发展历史,对光纤光栅技术进行了总结,分析比较了光纤光栅

各种制作方法的特点。对应用于全光纤化高功率光纤激光器的光纤光栅给出了作者的一些见解。

关键词:光纤激光器;光纤光栅;高功率中图分类号:TN253　　　文献标识码:A

StudyonFiberLIYao,ZHAOHong,ZHUYZ2yong,ZHOUShou2huan

(NorthIo2optics,Beijing100015,China)

Abstract:offibergratingsisreviewedbriefly.Severalinscriptionmethodsoffibergratingsareanalysed,ofthemarediscussed,Atlast,someopinionsabout

布拉格光栅的研究

1 概述

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用[1]。

在光纤通信领域，利用光纤光栅可以制成光纤激光器、光纤色散补偿器、光插、分复用器、光纤放大器的增益均衡器等[2]，这些器件都是光纤通信系统中不可缺少的重要器件，可见光纤光栅对光纤通信的重要性，因此光纤光栅也被认为是掺铒光纤放大器之后出现的又一关键器件。

在光纤传感领域，光纤光栅也起到了及其重要的作用。光纤光栅的传感机制包括温度引起的形变和热光效应、应变引起的形变和弹光效应、磁场引起的法拉第效应及折射率引起的有效折射率变化等。当光纤光栅所处的温度、应力、磁场、溶液浓度等外界环境的发生变化时，光栅周期或者光纤的有效折射率等参数也随之改变，通过测量由此带来的光纤光栅的共振波长变化或者共振波长处的透射功率变化可以获取所需的传感信息[3]，由此可见，光纤光栅是波长型检测器件，所以其不光具有普通光纤的优良特性，而且测量信号不易受光强波动及系统损耗的影响，抗干扰能力更强，还可利用波分复用技术，

第1 5卷第 5期

重庆科技学院学报 (自然科学版 )

2 0 1 3年 l 0月

光纤光栅温度传感器应变补偿系统研究樊晓宇(安徽科技学院机电与车辆工程学院，安徽凤阳 2 3 3 1 0 0 )摘要：提出采用 D— S证据理论融合的多传感器信息融合 B P神经网络模型方法，来解决光纤光栅温度传感器的应

变补偿问题，即改善光纤光栅的交叉敏感现象。通过程序仿真和实验证实，此方法可以实现对光纤光栅温度传感器的应变补偿，达到光纤光栅温度传感器温度和应变的精确分离，其测量温度误差约为 1 0~,同时有效地抑制了光纤光栅传感器非线性的影响。 关键词：温度传感器；应变补偿系统；神经网络； D—S证据理论中图分类号： T P 2 1 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 3—1 9 8 0 ( 2 0 1 3 ) 0 5— 0 1 5 6— 0 5

光纤布拉格光栅是 F B G温度传感器的基本部件，光纤布拉格光栅的物理量是应变和温度，且在应用中F B G温度传感器的应变和温度变化同时存在，导致一般的温度传感器系统难以检测出应变量与温

2 D—S证据理论与 B P神经网络技术2 . 1 D—S证据理论

D—s证据理论的证据合成规则，给未确定信息的合成提供了方法。

光纤光栅传感器的封装设计

一、高温光纤光栅温度传感器的封装设计

1.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计要求

a.高温光纤光栅的自身要求

高温光纤光栅在高温环境下进行长期工作时，要求其反射率不会发生大幅度的衰减。

b.应用环境的要求

传感器的结构设计要能够便于实际的工程安装，尽量避免安装环境的差异导致传感器特性的改变，如外界应力作用于传感器导致光纤光栅的波长漂移、反射率下降等负面影响。同时要确保正常的现场施工不会对传感器和连接的光缆造成严重破坏，要能够保证信号的正常采集与传输。

c.使用寿命的要求

传感器的寿命与传感器的应用环境直接相关，高温环境将大幅度地缩减传感器的寿命。因此，在确保传感元件自身寿命的前提上，要尽量减小因封装技术给传感器寿命带来的负面影响。封装高温光纤光栅传感器的各种材料都要能够承受高温环境的长期考验，尤其需重视胶水的高温稳定性。

2.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计思路

高温光纤光栅温度传感器的封装工作主要分为：材料的选择、封装结构的设计、相关的封装工艺。

a.材料的选择

在选择封装材料时，要确保他们在高温环境下的稳定性。 1）胶水的选择

Fireplace Sealant ST-1260 是一种单组份中性结构胶，具有防火

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

光纤传感技术及其军事应用

王丹阳

（电子工程学院 20123949）

摘要：文章简述了光纤传感技术和光纤传感器在军事上的重要应用状况，以光纤陀螺为例进行了详细说明，最后简述了光纤传感技术在军事上的发展趋势。 关键词：光纤传感技术 光纤传感器 光纤传感网络 光纤陀螺

1.引言

随着传统通信技术的发展和成熟，光通信技术正朝着超高速、大容量通信的方向发展。而光纤传感技术正是伴随着光纤技术和光纤通信技术的发展而发展起来的一种传感技术【1】。

早在 20 世纪60年代中期就出现了第一个关于光纤传感器专利以来，至今几十年，传感技术成为一项令当今世人瞩目的迅猛发展的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术和计算机技术构成信息产业的三大支柱。

2.光纤传感技术研发进展 2.1光纤传感技术

随着光纤传感技术的发展，传统的通信用光纤及光纤器件已经无法满足传感技术日益发展的需要，在一定程度上制约了光纤传感技术发展速度【2-3】。因而，世界各国将传感用光纤列为光纤技术领域中的重要研究课题之一。

目前,主要通过5种途径研发传感光纤：①对石英光纤进行某些特殊处理，使之获得传感器所需要的特性，这是早期光纤传感器所需要的光纤。②改变光纤结构

第一章

1.下面哪种常见物品不属于传感器 ( ) A.数码摄像机

B.液晶电视机 C.烟雾报警器

D.红外线感应门

2.下面哪种物品属于光纤传感器 ( ) A.光纤水听器

B.光纤光缆 C.光纤水晶灯

D.激光刀

3.目前，最常用光纤的纤芯和包层构成的材料主要是 ( ) A.多成分玻璃

B.半导体材料

C.石英晶体 D.塑料

4.以下哪种光纤不是根据横截面上折射率的径向分布形式划分的 ( ) A.阶跃型光纤 B.渐变型光纤 C.石英光纤 D.单模光纤 5.以下哪种说法是错误的 （ ）

A.在可见光范围内，大部分媒质的折射率大于1。

根据耦合模理论得出光纤Bragg光栅的反射率表达式、Bragg光栅的反射特性、设计反射中心波长λD=2nef f∧。通过对Bragg光栅反射率表达式进行数值模拟,绘制在不同参数下反射率特性曲线和带宽特性曲线,并分析了反射率Rg,带宽Δλ与光栅栅距∧,栅长L和折射率微扰值δnef f之间的关系,得到了它们之间的最佳配合,对制作优良特性的光栅具有指导意义。

第2卷第6 9期 20年 1 09 2月

桂林电子科技大学学报J u n lo ii i e s t f El c r i c n l g o r a f Gu ln Un v r iy o e t on c Te h o o y

Vo . 9 No 6 12, .De .2 9 c 00

光纤 B a g光栅光谱特性研究 rg贺园，卢会群(林电子科技大学信息与通信学院，西桂林 5 1 0 )桂广 4 0 4

摘

要：根据耦合模理论得出光纤B ag光栅的反射率表达式、 rg rg B a g光栅的反射特性、设计反射中心波长=2 n,,之间的关系，得到了它们之间的最佳配合，制作优对

A。通过对 Ba g光栅反射率表达式进行数值模拟，制在不同参数下反射率特性曲线和带宽特性曲线，分析了 rg绘并

针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求,本文提出了一种基于Fabry-Perot腔的保偏微结构光纤(PM-MOF)布拉格光栅折射率传感器。根据传输矩阵法和有限元方法,分析了微结构光纤光栅F-P腔中被测物折射率与F-P腔反射谱中两个偏振模谐振波长差的关系,在此基础上讨论了中心孔直径、F-P腔长度等参数对传输特性的影响。研究结果表明,随着空气孔中填充物折射率的增

第3 9卷第 4期21 0 2年 4月

光电工程Op o El cr n cEn i e i t - e to i g ne rng

Vl1 . O. 0. N 4 39

Ap l 2 2 i r, 01

文章编号：10— 0X(0 20— 120 03 5 1 2 1)4 0 0—6

保偏微结构光纤光栅 FP腔—折射率传感特性分析郭璇，毕卫红，刘丰 (燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 0 60 6 0 4)

摘要：针对提高光纤光栅折射率传感器抗干扰能力以及增加反射率的需求，本文提出了一种基于 F byP rt ar.eo腔的保偏微结构光纤(M— F布拉格光栅折射率传感器。根据传输矩阵法和有限元方法，分析了微结构光纤光栅 FP P MO )—腔中被测物折射率与 FP腔反射

第二章 多传感器的光网络技术 2．2．1 网络损耗的主要来源

1．弯曲引起的光纤损耗（弯曲损耗） 弯曲损耗： 宏弯损耗 微弯损耗 1）光纤的宏弯损耗:曲率半径在一个临界值

Rc，R?Rc时附加损耗可以忽略不计；否则，

弯曲损耗指数增加。确定R值是很重要的。多模光纤R?1cm时，附加损耗可以忽略不计。

2）光纤的微弯损耗（1）多模光纤的微弯损耗多模光纤在微弯时，主要是相邻模之间发生耦2合 弯波矢量

k'?kc（微弯周期l?lc）时，损耗最大。

l?lc处的主衰减峰的谱宽为2lc/L，

主衰减峰两侧还有次极大出现。③损耗与微弯振幅A2d（平方）成正比（这一点可以加以利

用）。④损耗与微弯总长度L成正比。

（2）单模光纤的微弯损耗 模斑半径越小，损耗越小。 2．光纤和光源的耦合损耗

1）半导体激光器和光纤的耦合损耗

半导体激光器发出的光不是圆的光班，其发散角在互为垂直的方向上也不一样大。

??I?x,y,z??A?z?exp???2???x?2????2z????y???????????x????y?????x???? 其中

???y??z0x，

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（1）直接耦合的损耗

直接耦合：将光纤端面直接指向激光器发光面（点）。 举例：光纤NA=0