双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析
光纤光栅的特性分析
一、 实验要求对光纤光栅进行特性分析；分析，光栅长度、分层数、谱宽等参数对反射光谱的影响； 利用MATLAB 进行程序设计，通过软件仿真的形式实现二、 实验原理光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。
光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。
人们利用这种效层内折射率看成不变利用00exp()0=0exp()i i LAYER i i jk n d Mjk n d ⎛⎫⎪-⎝⎭。
最后利用矩阵的叠成得到光纤光栅总的传输矩阵应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。
光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。
光纤光栅有很多种分析法，但目前技术都不太理想。
由于反射率是反映光纤光栅特性的一个重要参数。
这里利用分层的思想将光纤光栅分层处理，每一层看做折射率n 恒定不变，层与层之间折射率不同利用，n n n n i ji j INTERFACE i ji j n n M n n +-⎛⎫=⎪-+⎝⎭11122122M M M M ⎛⎫⎪⎝⎭。
光纤光栅的反射系数()()121111r E z M E z M -+==，反射率R=2r 。
根据不同的入射光波长有不同的反射率，最后绘出反射率与入射光波长的图谱。
以此实现对光纤光栅的特性分析。
三、 实验方案 我们取得是48.645*10^(-4)的光纤长度，15000的分层数，350个点。
1、程序：clear; nn=15000;a=48.636*10^(-4)/nn; di=a; i=1;for z=0:a:48.636*10^(-4)n(i)=1.452+0.75*10^(-3)*((sin(pi*z/(535*10^(-9))))^2); i=i+1; endwl=1.5541*10^(-6); t=1;for k0=1550*10^(-9):0.02*10^(-9):1557*10^(-9) M=[1 0;0 1];for i=1:1:nnM1=[n(i)+n(i+1),n(i)-n(i+1);n(i)-n(i+1),n(i)+n(i+1)]/(2*n(i));M2=[exp(j*((2*pi)/k0*n(i)*di)),0;0,exp(j*(-1)*(2*pi)/k0*n(i)*di)];M=M*M2*M1;endr=M(2,1)/M(1,1);R(t)=(abs(r))^2;t=t+1;endplot(R)2、结果截图：图一、按步进画图的结果图二、按波长画图的结果四、 数据分析通过对参数的修改我们可得到以下结论： 1.反射率与光栅长度的关系反射率是光纤光栅的一个重要参数2.14和2.15直接描述了反射率R 和光栅长度L 的关系。
光纤布拉格光栅的透射光谱
光纤布拉格光栅的透射光谱光纤布拉格光栅是一种基于光纤的传感器装置，利用光纤中的布拉格光栅结构来实现光信号的调制和传输。
它具有便携性、高灵敏度和低损耗的特点，在光通信、光传感、光谱分析等领域得到广泛应用。
光纤布拉格光栅的原理是利用光纤中的光折射率周期性调制的特性，产生布拉格光栅。
在光纤中引入一束激光，经过光纤中的折射率调制区域，光信号将被调制后传输到另一端。
光纤布拉格光栅的关键部件是光纤中的折射率调制区域，通常是通过刻蚀、光敏效应或热效应等方法制作的。
光纤布拉格光栅的透射光谱是指光信号透过光纤布拉格光栅后的光谱分布。
光纤布拉格光栅由于其特殊的光学结构，具有准连续的光谱分布。
通过分析光纤布拉格光栅的透射光谱，可以获取光信号的频率、强度、相位等信息。
光纤布拉格光栅的透射光谱受到多个因素的影响，如光纤布拉格光栅的周期和形态、光纤材料的折射率、光纤布拉格光栅的长度和形状、光信号的波长和功率等。
其中，光纤布拉格光栅的周期和形态是决定透射光谱特征的关键因素。
光纤布拉格光栅的周期决定了光信号的频率分布，而光纤布拉格光栅的形态决定了透射光谱的波形。
一般情况下，光纤布拉格光栅的透射光谱呈现出多个峰的特征。
这是由于光纤布拉格光栅的周期性结构导致光信号在光纤中发生干涉，形成多个反射波，最终在输出端形成多个光峰。
光纤布拉格光栅的峰值波长与光纤布拉格光栅的周期有关，通过改变光纤布拉格光栅的周期，可以调节透射光谱的峰值波长。
除了周期影响外，光纤布拉格光栅的长度和形状也会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的长度决定了光信号在光纤中传输的距离，不同长度的光纤布拉格光栅会导致不同的光传输特性，进而影响透射光谱的形状和强度。
光纤布拉格光栅的形状也会影响透射光谱的形态，例如，光纤布拉格光栅的端面反射率、光纤的曲率等都会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的透射光谱不仅可以用于光信号的频率分析，还可以用于光信号的强度测量。
通过测量透射光谱的峰值强度，可以获取光信号的功率信息。
光纤布拉格光栅理念原理与技术特征
光纤布拉格光栅理念原理与技术特征光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是一种利用光纤中的布拉格光栅实现光波频率选择与调制的技术。
它在光通信、传感器等领域具有广泛的应用。
本文将从原理和技术特征两个方面来详细介绍光纤布拉格光栅技术。
光纤布拉格光栅的原理可追溯到布拉格散射理论。
布拉格散射是指当一束光波经过一个均匀光周期结构时，会在每个周期出现反射或透射，形成和入射光波相干的反射光波。
布拉格光栅是一种具有空间周期结构的光学元件，由一系列等距离的折射率变化组成。
光纤布拉格光栅则将布拉格光栅结构移植到了光纤中，形成了一种具有周期性折射率变化的光纤元件。
光纤布拉格光栅一般采用两种方法制备，即直写法和光干涉法。
直写法是指通过高能激光束直接照射在光纤的芯部，通过光纤材料的光学非线性效应和热效应来形成布拉格光栅结构。
光干涉法是指将两束光波通过干涉结构产生干涉现象，经过光纤芯部后，在折射率变化的作用下形成布拉格光栅。
1.高可靠性：光纤材料的插入损耗低，与光纤之间的耦合效率高，使得光纤布拉格光栅具有较高的传输效率，并且能够长时间保持稳定的性能。
2. 宽带性：光纤布拉格光栅的制备工艺已经趋于成熟，能够制备出能够覆盖整个光通信波段（1260~1650 nm）的宽带布拉格光栅。
3.稳定性：光纤布拉格光栅在光纤中的固定度较高，不易受到外界环境的干扰，能够长时间稳定地工作。
4.温度和应变传感：由于光纤布拉格光栅的折射率与温度和应变有关，因此可以通过测量布拉格光栅的中心波长偏移来实现温度和应变的传感。
这种传感技术具有高灵敏度、快速响应和长距离传输等优点，在工业和生物医学领域有广泛的应用前景。
5. 光互联和光波长多路复用：光纤布拉格光栅可以用作光纤互联中的微型光学件，实现在光纤网络中的信号调制、调整和复用等功能。
同时，光纤布拉格光栅也可以用于光波长多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系统中，实现光路的选择和分离。
光纤bragg光栅的光栅方程
光纤bragg光栅的光栅方程光纤Bragg光栅的光栅方程光纤Bragg光栅是一种应用广泛的光纤传感器和光纤通信器件。
它通过制造光纤中的周期性折射率变化来实现光信号的调制和分析。
其中，光栅方程是描述光信号在光纤Bragg光栅中传播和反射的重要数学表达式。
光栅方程可以用来计算光信号在光纤Bragg光栅中的反射和透射特性。
它的形式为：n·λ = 2Λ·sinθ其中，n为光纤中的折射率，λ为光信号的波长，Λ为光栅周期，θ为光信号与光栅法线的夹角。
这个方程表达了光信号在光纤Bragg 光栅中的布拉格衍射效应。
从光栅方程可以看出，光信号的波长和入射角度决定了光信号在光纤Bragg光栅中的反射特性。
当光信号的波长满足布拉格条件时，即波长等于2Λ乘以折射率差，光信号会被光栅反射回来。
而当光信号的波长不满足布拉格条件时，光信号会透过光栅继续传播。
根据光栅方程可以推导出光纤Bragg光栅的工作原理。
当光信号入射到光栅上时，根据入射角度和波长的不同，光信号会在光栅中产生布拉格衍射。
通过测量反射光的波长和强度，可以实现对入射光信号波长和强度的检测和分析。
光栅方程的应用不仅局限于光纤Bragg光栅，也可以推广到其他类型的光栅结构中。
例如，光栅方程可以应用于光栅光谱仪中，用于计算光信号的波长和强度。
此外，光栅方程还可以用于光纤通信中的波分复用技术，通过调整光栅的周期和折射率，实现不同波长光信号的分离和复用。
光纤Bragg光栅的光栅方程在光纤传感和光纤通信领域具有重要的意义。
它为光信号的调制、分析和传输提供了重要的理论基础。
通过对光栅方程的研究和应用，可以进一步提高光纤Bragg光栅的性能和应用范围。
光纤Bragg光栅的光栅方程是描述光信号在光纤Bragg光栅中传播和反射的重要数学表达式。
它的应用不仅限于光纤传感和光纤通信领域，还可以推广到其他光栅结构中。
光栅方程的研究和应用对于提高光纤Bragg光栅的性能和应用具有重要意义。
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究1光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究随着通信技术的不断发展，人们对高速、宽带、低衰减的光纤通信系统的需求越来越强烈。
在新型光纤通信系统中，光纤布拉格光栅逐渐成为一种广泛应用的光纤分布式传感技术。
本文将分析光纤布拉格光栅的传输特性，并通过实验验证分析结果的准确性。
光纤布拉格光栅是一种基于光纤中的光学衍射现象的光学器件。
在光纤中加入一定周期的光折射率折变结构，就能形成光纤布拉格光栅。
在光纤中传输的光波，经过布拉格光栅时，会出现衍射现象，产生反射、透射和反向散射，这些效应是产生传输特性的基础。
光纤布拉格光栅的传输特性主要表现在其反射光频谱和传输带宽两个方面。
反射光频谱是指光波经过光纤布拉格光栅后，由栅中反射的光波在谱域的表现。
反射光频谱可以通过反射率、衰减率、相位等参数来描述。
光纤布拉格光栅的反射带宽会随着栅体的折射率调制以及周期变化而发生变化。
而传输带宽则是指光波通过光纤布拉格光栅后的传输性能表现，其传输性能主要由栅体的反射率和传播损耗来决定。
传统的光纤布拉格光栅的制备方法主要有激光干涉、可调光束、干涉光阴影和相位掩膜等方法。
一般情况下，涉及到光纤布拉格光栅的应用，需要随时监测栅体的传输特性。
为了准确地监测光纤布拉格光栅的传输特性，通常采用光谱光学方法来进行反射光频谱的测量。
根据光谱光学方法，可以直接测量出光纤布拉格光栅的反射率和反射带宽，同时还能进一步计算出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
为了验证理论分析的正确性，本文进行了一系列光纤布拉格光栅的实验研究。
实验采用了对光纤布拉格光栅进行反射光频谱的测量，并通过计算反射光频谱的反射率和反射带宽，得出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
实验结果表明，本文理论分析的光纤布拉格光栅传输特性是可靠的，能够为光纤布拉格光栅在光纤通信系统中的应用提供有效的理论基础。
光纤布喇格光栅应力双折射的研究
摘
要： 实验 研 究 了侧 向 挤 压 作 用 下 的光 纤 布 喇 格 光 栅 （ Ｂ 产 生 的应 力 双 折 射 现 象 ， 出 了一 种 消 除 横 向 Ｆ Ｇ） 提
应 力 对 温 度 交 叉 敏 感 的简 单 而 又 有 效 的 方 法 ， 理 论 和 实 验 上 进 行 了 分 析 与 验 证 。研 究 表 明 ， Ｆ Ｇ 施 加 侧 向挤 从 对 Ｂ
ｐｏ ｏ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ，ａ ｄ ｉ ｗａ ｈ ｏ ｅ ｉａ ｌ ｔ ｄ ｅ ｎ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｌ ｒ ｏ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅ ｂ ｒ ｆ ｉ ｇ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｅ ｒ ｔ ｌ ｓｕ ｉｄ ａ ｄ ｅ ｐ ｒ ｃ ｙ ｍｅ ｔ ｌ ｐ ｏ ｆ ｄ ｙ ｅ ｒ ｓ ｌ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｉ ｒｎ ｅ ｃ ｓ ｅ
中图分类号 ： ＴＮ２ ３ ５ 文献标识码 ： Ａ
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｔ ｅ ｓ Ｂｉ ｅ ｒ ｎｇ ｎ ｅ ｏ ｂ ｒ Ｂｒ ｇ ａ ｉ ｇ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｓ ｒ ｆ ｉ ｅ ｃ ｆＦｉ ｅ ａ ｇ Ｇｒ ｔｎ
Ｗ ＡＮＧ ｅ ｈｕ ，Ｓ ＩＷ ｅ ｑｉ ， ｏＮＧ ｅ ｇ ｅ Ｗ ｎ ａ Ｈ ｎ ｎ ＸＩ Ｚｈ ｎ ｙ ，Ｓ ＩＹｏ ｂ ｎ Ｈ ｎｇ ｉ ，
Ａ ｂ ｔａ ： Ｔｈｅｓ ｒ ｓ ｒ ｆ ｉ ｅ ｅｏｆｆｂ ｒＢｒ ｇｇ ｇｒ ｉｇ（ ｓｒ ｃｔ ｔ ｅ ｓｂｉｅ ｒｎｇ ｎｃ ｉ ｅ ａ ａｔｎ ＦＢＧ ） ｂｙ ｔ ｃ ｉ ｈｅｌ ｔ ｒ ｔｅ ｓｈａ ｅ ｓ ｕ ｈｅａ ｔｏｎ ｏｆｔ ａ ｅ ａｌｓ ｒ ｓ ｓｂｅ ｎ ｔ ｄ－ ｉｄ ｉ ｈ ｓ ｐａ ｅ ． Ａ ｓｍ ｐｌ ｆｅ ｔｖ ｅ ｈｏ ｏ ｌｍ ｉ ｔｎ ｔ ａ ｅ ａ ｓ ｒ ｓ ｃ ｏ ｓ ｓ ｎ ｉｉｉｙ ｏ ｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｉ ｅ ｅ ｆ ｃ ｉｅ ｍ ｔ ｄ ｆ ｅ ｉ ｎａ ｉ ｇ ｈｅ ｌ ｔ ｒ ｌ ｔｅ ｓ ｒ ｓ — ｅ ｓｔｖ ｔ ｔ ｅ ｒｔ ｅ ｗ ｓ
光纤Bragg光栅的光谱特性研究的开题报告
光纤Bragg光栅的光谱特性研究的开题报告
光纤Bragg光栅是光纤传感器中广泛应用的光学元件，其具有较高的成像分辨率和信噪比，因此被广泛应用于测量温度、应变和光谱等各种物理量。
本文旨在探究光纤Bragg光栅的光谱特性及其在光谱领域中的应用。
首先，本文将简要介绍光纤Bragg光栅及其基本原理，包括锥形光束干涉法、相位掩膜法和光子晶体法等。
然后，我们将系统梳理光纤Bragg光栅的光学特性，包括谐波产生、反射光谱和透射光谱等，重点研究光栅参数对反射谱和透射谱的影响，如光栅周期、折射率调制深度和长度等。
接下来，我们将探究光纤Bragg光栅在光谱领域中的应用，包括分光仪、光源稳定和激光频率锁定等方面，同时还将介绍基于光纤Bragg光栅的传感器设计及应用，如温度传感器、应变传感器和气体浓度传感器等。
最后，我们将总结光纤Bragg光栅的光谱学特性及相关应用的研究现状和进展，并提出未来的研究方向和挑战。
本文的研究将为光纤Bragg光栅的进一步应用提供有益参考，并对光纤传感器及光谱仪器的发展提供有益的借鉴作用。
光纤Bragg光栅特性的研究的开题报告
光纤Bragg光栅特性的研究的开题报告一、研究背景光纤Bragg光栅是一种新型光学元件，具有很多优异的特性，如高的空间解析度、宽的带宽、易于制备等。
它可以被广泛用于光纤通信、传感技术、激光技术等领域。
因此，对光纤Bragg光栅特性的深入研究对于上述领域的发展具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在探讨光纤Bragg光栅的特性，对其制备方法进行改进，提高其性能，以及拓展其应用领域。
三、研究内容1.光纤Bragg光栅原理及特性：阐述光纤Bragg光栅的基本原理和结构，并分析其特性，如反射光谱特性、散射损耗、传输特性等。
2.制备方法改进：对光纤Bragg光栅的制备方法进行研究，提出新的制备方法，比较新旧方法的差异，以及对新方法的优化。
3.性能测试：对制备的光纤Bragg光栅进行性能测试，比如测试其反射光谱、散射损耗、辐射损耗等，确定其最佳应用范围。
4.应用拓展：研究光纤Bragg光栅在通讯、传感器等领域的应用，探讨其应用拓展的可能性。
四、研究方法1.文献研究法：主要针对光纤Bragg光栅的原理和特性进行文献搜集，阅读、摘录、归纳、总结相关文献。
2.实验方法：结合实际情况，根据文献研究中提到的制备方法，制备光纤Bragg光栅，进行性能测试。
3.数学方法：运用数学理论和方法，对实验结果进行数据分析、数据处理和统计分析。
五、研究意义本研究将更深入地了解光纤Bragg光栅的特性，为其未来的发展提供基础支持。
改进光纤Bragg光栅的制备方法，提高其性能，使之更加适用于相关领域的需要。
同时，对光纤Bragg光栅的应用进行探讨，拓展其应用范围，推动其广泛应用。
六、研究进度安排1.前期准备：文献搜集、研究计划编写，时间为两周。
2.实验制备：光纤Bragg光栅的制备、性能测试，时间为四周。
3.数据处理分析：对实验结果进行数据处理和统计分析，时间为两周。
4.论文撰写：将实验结果及分析结论进行汇总、整理、修改，撰写研究报告，时间为四周。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
能很好地对温度进行补偿 ,并且对应变测量的灵敏
度比单个 FBG提高了 2 倍 。
2 双 FBG 反射谱叠加特性分析
根据光纤耦合模理论 ,当宽带光在 FBG 中传输
时 ,将产生模式耦合 。实际应用中 ,单模光纤模式耦
合主要发生在基模的正向模与反向模之间 ,正向模
与反向模可分别表示为 :
A ( z) = a ( z) exp (jβz)
光纤与电缆及其应用技术 Optical Fiber & Electric Cable
2006 年第 1 期 No. 1 2006
产品设计
双光纤 Bragg 光栅反射谱叠加特性分析
李国利1 , 刘连新1 , 韩秋静1 , 赵彦涛2 , 李志全2
( 1. 青岛滨海学院 机电工程系 ,山东 青岛 266555 ; 2. 燕山大学 仪器科学与工程系 ,河北 秦皇岛 066004)
Δλ = Δλ2 - Δλ1 = 2λB 1 -
n2eff 2
[
(1
-
μ)
P12
-
μP11 ]
ε z
(5)
所以
Δλ = 2 KελBεz 。
(6)
由于工程测量中 ,FBG的应变灵敏度为 2 ×10 - 3
nm/με,而温度灵敏度为 0. 03 nm/ ℃,可见温度补偿
十分重要 。由式 (6) 可知 ,利用双 FBG 的测量结构
[
(1
-
μ)
P12
-
μP11 ]
ε z
+ λB (α + ξ)ΔT
(4)
式中λB1 为 FBG1 受压力后输出的中心反射波长 ,λB2 为 FBG2 受拉力后输出的中心反射波长 。
图 1 双 FBG温度补偿型应变测量传感器实验装置图
由式 (3) 和式 (4) 可得到 FBG1 和 FBG2 的中心 反射波长差为 :
由耦合模理论可知 ,FBG的 Bragg 波长为 :
λB = 2 neff Λ
(1)
式中 neff 为纤芯的有效折射率 ,Λ 为栅格周期 。由
式 (1) 可以看出 ,Bragg 波长 λB 随 neff 和 Λ 的改变而
改变 。应变作用下的光弹效应导致有效折射率变
化 ,使光栅常数变化 ;温度导致的光热效应使有效折
C ( z) = c ( z) exp ( - jβz)
(7)
式中β为传播常数 。设光纤光栅周期为 Λ ,长度为
L ,将模式方程代入耦合模方程 ,利用合理的近似以
及边界条件 a (0) = a , c ( L ) = 0 ,用拉普拉斯变换 ,
经过运算得 :
c ( z)
= a|
K|
-
sinh[ S ( z B sinh ( SL ) -
本文在分析了双 FBG 温度补偿型应变测量传 感器工作原理的基础上 ,详细讨论了 FBG 反射谱的 叠加特性 ,结论是在 FBG 反射谱带宽内叠加将产生 反射谱畸变 ,并出现周期近似余弦变化的新的中心 波长 ,同时针对 FBG反射谱叠加产生的测量误差提 出了一些解决方法 。
1 双 FBG 应变测量原理
双 FBG 温度补偿型应变测量传感器实验装置
如图 1 所示 。FBG1 和 FBG2 为温度和应变响应系数 相同的 FBG对 ,Bragg 波长相同 ,均为 λB 。它们分别
粘结在简支梁的上下表面 ,FBG 轴向中点和梁的中
点重合 ,因此当简支梁发生横向形变时 ,双 FBG 产
生的应变大小相等 ,方向相反 。设两个 FBG的 Bragg
波长均为 λB ,当传感头温度改变ΔT ,所受轴向应变
为
ε z
时
,依据式 (2)
,两个
FBG 的波长漂移量分别
为:
Δλ1 = λB1 - λB = λB
1-
n2eff 2
[
(1
-
μ)
P12
-
μP11 ] ( - εz ) + λB (α + ξ)Δ T
(3)
Δλ2 =λB2 - λB = λB
1-
n2eff 2
Superposition Characteristics of the
Reflective Spectrum of Dual FBGs
LI Guo2li1 , LIU Lian2xin1 , HAN Qiu2jing1 , ZHAO Yan2tao2 , LI Zhi2quan2
( 1. Mechanical & Electronic Engineering Department , Qingdao Binhai College , Qingdao 266555 , Shandong , China ; 2. Instrument Science and Engineering Department , Yanshan University , Qinhuangdao 066004 , Hebei , China) Abstract : On the basis of theoretically analysing the cross2sensitivity between strain and temperature of FBG sensors , a
为了解决微弱应变信号引起的 FBG 反射谱叠 加畸变问题 ,提高测量分辨率 ,可以采用如下措施 : 传感探头采用反射谱带宽较窄的 FBG; 给 FBG 增 敏 ,提高 FBG 应变灵敏度系数 ; 给传感探头加预应 变 ,避免两 FBG反射谱在其带宽内叠加等 。
3 结束语
FBG应变传感测量中的温度 、应变交叉敏感问 题是 FBG传感器实用化的“瓶颈”。采用双 FBG 温 度补偿型传感器进行应变测量能实现温度补偿 ,从 而提高测量灵敏度 。本文给出了双 FBG 温度补偿 型应变测量传感器的典型结构 ,讨论了其工作原理 , 并对此传感器的双 FBG 测量探头存在的反射谱叠 加问题进行了详细的分析和仿真实验 ,指出 FBG 反 射谱在其带宽内叠加将产生反射谱畸变 ,并降低测 量系统分辨率 ,最后给出了解决问题的方法 。
K 2
2
-
B
2
。
2
r
=
C (0) A (0)
=
| K| B sinh ( SL )
sinh ( SL ) + 2j Scosh ( SL )
=
| r | exp (jφr)
(10)
式中 |
r|
=
| K| [ B2 sinh2 ( SL )
sinh ( SL ) + 4 S2 cosh2 ( SL ) ]1Π2
[ 收稿日期 ] 2005205219 [ 作者简介 ] 李国利 (1973 - ) ,男 ,山东滨州人 ,青岛滨海学
院机电工程系讲师 ,电子技术教研室主任 ,硕 士. [作者地址 ] 山东省青岛市开发区嘉陵江西路 425 号 ,青岛 滨海学院机电工程系 ,266555
是 ,当两个 FBG 中心反射波长差值较小时 ,反射光 谱将产生叠加 ,使 FBG型传感器解调系统出现波长 检测误差或错误 。
, φr
=
- arctan2BSscionshh((SSLL)) 。 根据干涉理论 ,两个 FBG 反射光在干涉后的反 射率 R 为 :
R =
1 4
[|
r1 | 2
+|
r2 | 2
+ 2|
r1 |
·
·16 ·
光纤与电缆及其应用技术
2006 年第 1 期
| r2 | cos (φr1 - φr2 ) ]
射率改变 ,而热膨胀致使光栅常数改变 。FBG 中心
李国利等 :双光纤 Bragg 光栅反射谱叠加特性分析
·15 ·
反射波长的变化与所受应变和温度变化的关系为 : ΔλBΠλB = (α + ξ)ΔT + (1 - Pe )εz = KTΔT + Kεεz
(2)
式中 α =
1 Λ
·55ΛT
,
为
光
纤
的
线
膨
胀
系
数
;ξ
=
1·
neff
5 neff 5T
,为光纤的热光系数 ;
KT
为
FBG 相对波长的温
度灵敏度系数 ; Pe 为有效弹光系数 , Pe = n2eff [ P12 μ( P11 + P12 ) ]/ 2 ,其中 P11 , P12 为弹光系数 ,μ 为光
纤泊松比 ; Kε 为 FBG 相对波长的应变灵敏度系数 ;
[ 摘 要 ] 在理论分析了光纤 Bragg 光栅传感器的温度应变交叉敏感机制的基础上 ,给出了一种双光纤光栅温 度补偿型应变测量传感器结构 ,并分析了其工作原理 。对此传感器的双光纤光栅测量探头存在的反射谱叠加问题 进行了较为详细的讨论 ,指出在光纤光栅反射谱带宽内叠加将产生反射谱畸变 ,降低测量系统的分辨率 ,同时提出 了解决方法 。 [ 关键词 ] 光纤 Bragg 光栅 ;光纤传感器 ;温度补偿 ;反射谱 [ 中图分类号 ] TP212. 14 ;TN818 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 100621908 (2006) 0120014203
射光谱产生干涉叠加 ,叠加区域内又重新出现了一
个极值波长 λ′B ,而且 λ′B 满足 :
λ′B = (λB1 + λB2 ) Π2 。
(12)
观察 λ′B 可见 ,由于 φr1 和 φr2 的影响 ,其反射率
呈近似余弦变化 (如图 3 所示) 。
图 3 λ′B反射率随两个 FBG中心反射波长差的变化
ε z
为轴向应变
。
由式 (2) 可知 ,当 FBG 传感器所受应变和温度