光纤光栅的理论基础研究
光纤光栅的工作原理和应用
光纤光栅的工作原理和应用1. 光纤光栅的简介光纤光栅是一种应用于光纤传感领域的重要器件，它利用光纤中特殊结构的光栅来实现对光信号的调制和传感。
光纤光栅通过改变光纤中的折射率或光栅的周期来实现对光信号的调制，从而实现光纤传感的功能。
光纤光栅具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，在许多领域有着广泛的应用。
2. 光纤光栅的工作原理光纤光栅的工作原理基于光栅的衍射效应和光纤中的模式耦合效应。
2.1 光栅的衍射效应光纤光栅中的光栅是由周期性变化的折射率组成的。
当光信号经过光栅时，会发生衍射现象。
根据光栅的周期，光信号将按照一定的规律分散成多个衍射光束。
通过控制光栅的周期，可以实现对光信号的调制。
2.2 光纤中的模式耦合效应在光纤中，光信号可以以不同的模式传播，例如基模和高阶模。
当光信号经过光栅时，不同模式的光信号会发生模式耦合现象。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对不同模式光信号的调制和耦合。
3. 光纤光栅的应用光纤光栅在光纤传感、光通信和光子器件等领域有着广泛的应用。
3.1 光纤传感光纤光栅作为一种重要的传感器器件，可以实现对温度、压力、应变等物理量的测量。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制，从而实现对物理量的传感。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、远程测量和抗干扰能力强等优点，在工程领域有着广泛的应用。
3.2 光通信光纤光栅在光通信领域有着重要的应用。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制和耦合。
利用光纤光栅可以实现光信号的分波、波长选择、增益均衡等功能，从而提高光通信系统的性能和可靠性。
3.3 光子器件光纤光栅作为一种重要的光子器件，可以实现对光信号的调制和控制。
通过改变光栅的折射率或周期，可以实现对光信号的调制和滤波功能。
光纤光栅滤波器、光纤光栅耦合器等器件在光子器件领域有着广泛的应用。
4. 总结光纤光栅作为一种重要的光纤传感器器件，具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强等优点，在光纤传感、光通信和光子器件等领域有着广泛的应用。
光栅布拉格光栅及其传感特性研究
光栅布拉格光栅及其传感特性研究2一光纤光栅概述21.1 光纤光栅的耦合模理论21.2 光纤光栅的类型31.2.1 均匀周期光纤布拉格光栅31.2.2 线性啁啾光纤光栅31.2.3 切趾光纤光栅31.2.4 闪耀光纤光栅41.2.5 相移光纤光栅41.2.6 超结构光纤光栅41.2.7 长周期光纤光栅4二光纤布拉格光栅传感器52.1 光纤布拉格光栅应力传感器52.2 光纤布拉格光栅温度传感器62.3 光纤布拉格光栅压力传感器62.4 基于双折射效应的光纤布拉格光栅传感器7三光纤光栅传感器的敏化与封装103.1 光纤光栅传感器的温度敏化103.2 光纤光栅传感器的应力敏化103.2 光纤光栅传感器的交叉敏感及其解决方法10四光纤光栅传感网络与复用技术104.1 光纤光栅传感网络常用的波分复用技术114.1.1 基于波长扫描法的波分复用技术124.1.2 基于波长分离法的波分复用技术134.1.3 基于衍射光栅和CCD阵列的复用技术134.1.4 基于码分多址(CDMA)和密集波分复用(DWDM)技术144.2光纤光栅传感网络常用的空分复用技术144.3光纤光栅传感网络常用的时分复用技术164.4 光纤光栅传感网络的副载波频分复用技术184.4.1 光纤光栅传感副载波频分复用技术184.4.2 FBG传感网络的光频域反射复用技术184.5 光纤光栅传感网络的相干复用技术184.6 混合复用FBG传感网络184.6.1 WDM/TDM混合FBG网络184.6.2 SDM/WDM混合FBG网络184.6.3 SDM/TDM混合FBG网络184.6.4 SDM/WDM/TDM混和FBG网络184.6.5 光频域反射复用/波分复用混合FBG传感网络18五光栅光栅传感信号的解调方法18六激光传感器18光栅布拉格光栅及其传感特性研究一 光纤光栅概述1.1 光纤光栅的耦合模理论光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件下、不同类型的光纤可产生多种不同的折射率分布的光纤光栅。
光纤光栅
光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。
但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差，直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。
因此，对裸FBG 进行封装，是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。
一、光纤光栅工作原理光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：β1、β2是正、反向传输常数，Λ是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。
当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。
光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。
由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式：二、光纤光栅的写入2.1 短周期光纤光栅的写制内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中，经过光纤另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。
由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发生相应的周期变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅。
此方法是早期使用的，该方法要求122πββ-=ΛΛ=n B 2λ锗含量很高，芯径很小，并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此目前很少被采用。
全息成删法(又称外侧写入法) 1989年，Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。
用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。
写制设备装置如图2.1所示。
通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可以得到不同栅格周期的光纤光栅。
但是要得到高反射率的光栅，则对所用光源及周围环境有较高的要求。
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。
光纤光栅传感技术的研究的开题报告
光纤光栅传感技术的研究的开题报告一、选题背景及意义光纤光栅传感技术是一种应用于传感和控制领域的新型技术。
其使用光纤光栅作为传感器元件，通过光纤光栅感应的敏感元件所引起的光纤光栅衍射光谱、干涉谱等特征参数的变化来检测被测物理量的变化。
该技术具有测量范围广、测量精度高、抗干扰能力强、重复性好、响应速度快等优点，越来越受到广泛关注和应用。
目前，国内外对光纤光栅传感技术的研究已经较为深入，产生了许多重要的理论和实验成果。
而且，随着现代科技的不断发展，该技术在航空、火箭、海洋、石油、化工、交通运输、智能结构监测、生物医学等领域的应用得到了广泛的推广和应用。
因此，进一步深入研究光纤光栅传感技术的理论、原理和方法，探索新的应用领域和新的技术手段，具有非常重要的意义。
二、研究目的本研究旨在对光纤光栅传感技术进行深入研究，探索其在不同领域的应用。
主要包括以下三个方面：1、理论研究：研究光纤光栅传感器的结构、原理、特征参数等基本理论问题，深入分析其测量原理和测量误差的来源，为后续的实验研究和应用提供理论基础和指导。
2、实验研究：采用现代光学和传感技术手段，进行光纤光栅传感器的实验研究，探索不同参数对传感器响应的影响，研究传感器的灵敏度、可靠性、稳定性等性能指标，为实际应用提供实验依据。
3、应用研究：基于前面两个方面的研究成果，探索在不同领域的应用，如航空、火箭、海洋、石油、化工、交通运输、智能结构监测、生物医学等领域。
比较不同领域的应用特点和技术要求，提出具有创新性的解决方案，并为实际应用提供有效技术支持和服务。
三、研究内容本研究主要针对光纤光栅传感技术的理论研究、实验研究和应用研究三个方面开展相关研究工作，具体研究内容如下：1、理论研究（1）光纤光栅传感器的结构和原理及其应用原理的探讨。
（2）探讨光纤光栅传感器的特征参数及其影响因素。
（3）研究光纤光栅传感器的测量误差源及其消除方法。
2、实验研究（1）搭建光纤光栅传感器系统，确定实验方案。
光纤光栅的基本原理
光纤光栅的基本原理
光纤光栅是一种重要的光纤传感器设备，通过光栅结构的引入，能够实现对光信号的调制和散射，从而进一步实现对光信号的测量和监测。
光纤光栅的基本原理是利用了光的光纤衍射效应，在光纤中建立一定周期的折射率变化，形成了光栅结构。
光栅结构会对通过光纤的光信号进行散射，并将光信号部分反射、部分透射出来。
光纤光栅的制作主要包括两个步骤：光栅形成和光纤制备。
首先，在光纤中通过一系列光学加工手段，使光纤折射率周期性改变，进而形成光栅结构。
这可以通过多种方法实现，如通过调制电子束辐照或者通过定向紫外光照射等。
在制备光纤时，可以选择光栅传感区域特殊处理，例如敷覆薄膜或者其他化学处理，以增强光栅的灵敏度和特性。
当光信号进入光纤光栅后，其一部分会被光栅结构反射回来，一部分会通过光栅结构传播到光纤内部。
反射回来的光信号会通过光纤尾部重新回到入口端，形成一个反射光信号的波纹图案。
而通过的光信号则会因为光栅结构的影响而发生衍射效应，使得光信号分布在不同的散射波长上。
通过检测和测量反射波形和散射波幅度和频率的变化，可以推断出光信号的强度、频率、相位等信息。
利用光纤光栅的基本原理，可以实现多种光信号的测量和控制应用，例如测量温度、应变、气体浓度等。
光纤光栅具有成本
低、体积小、传感器延长线可达10公里以上等特点，因此在光纤通信、光纤传感等领域具有广泛应用前景。
光纤光栅传感器研究背景以及应用领域
光纤光栅传感器研究背景以及应用领域光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅原理的传感器，它利用光纤中的光栅结构，在光纤内部通过光的干涉效应来测量温度、应变、压力、湿度等物理量。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、远程测量、抗电磁干扰和高温耐受等特点，因此在许多应用领域具有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的研究背景源于对传统传感器的不足之处。
传统传感器一般采用电磁或电子原理来测量物理量，但存在着信号干扰、响应速度慢以及不能适应高温、高压等恶劣环境的问题。
而光纤光栅传感器通过利用光纤的特性，将传感器与被测量点分离，并将信号转换为光信号，从而避免了传统传感器的很多问题。
光纤光栅传感器在工程领域具有广泛的应用。
首先，光纤光栅传感器可以用于温度测量。
通过在光纤中引入光栅结构，通过测量光的频率和相位变化来确定温度的变化。
这种传感器具有高灵敏度和快速响应的特点，适用于高温或需要快速温度变化测量的环境。
其次，光纤光栅传感器可以用于压力测量。
通过在光纤中引入应变敏感的光栅结构，当光纤受到外力作用时，会产生应变导致光的频率和相位发生变化。
通过测量光的变化，可以确定外力大小。
光纤光栅传感器的这种特性使其在航空航天、汽车制造等领域的压力测量中具有很大的潜力。
另外，光纤光栅传感器还可以用于应变测量。
通过在光纤中引入应变敏感的光栅结构，当光纤被拉伸或压缩时，会产生应变导致光的特性发生变化。
利用这个原理，可以测量结构物的应变变化，如桥梁、建筑物等。
光纤光栅传感器的高灵敏度和远程测量的特点使其在结构健康监测领域备受关注。
此外，光纤光栅传感器还可以用于湿度测量、气体检测和化学物质分析等领域。
光纤光栅传感器具有很大的灵活性和适应性，可以根据不同的应用需求设计不同的传感器结构，并能够应对各种环境条件。
综上所述，光纤光栅传感器在工程领域具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用需求的扩大，光纤光栅传感器将在各个领域中发挥更加重要的作用。
光纤光栅传感器的应用研究及进展
光纤光栅传感器的应用研究及进展光纤光栅传感器（Fiber Bragg Grating Sensor，FBG Sensor）是一种基于光纤光栅的传感器技术，具有高精度、高灵敏度、抗干扰能力强等优点，在工业、医疗、环境监测等领域有着广泛的应用。
本文将从光纤光栅传感器的基本原理、应用领域和近年来的研究进展三个方面进行探讨。
光纤光栅传感器的基本原理是利用了光纤中的光栅结构对光波的折射率和光纤长度进行测量。
光纤光栅是一种周期性调制的折射率分布结构，当光波通过光纤光栅时，会发生布拉格散射，这种散射会使一部分光波反向传播并被光纤光栅再次散射回来，形成布拉格反射。
当光纤光栅受到外界的力、温度、应变等影响时，其折射率和长度会发生变化，从而导致布拉格反射波长的改变。
通过测量布拉格反射波长的变化，可以得到外界的参数信息。
光纤光栅传感器可以应用于多个领域。
在工业领域，光纤光栅传感器可以实现对物体的形变、压力、温度等参数的测量。
例如，在航空航天领域，光纤光栅传感器可以用于飞机机翼的变形监测；在石油化工领域，光纤光栅传感器可以用于管道压力和温度的监测。
在医疗领域，光纤光栅传感器可以应用于心脏瓣膜的监测和血压的测量。
在环境监测领域，光纤光栅传感器可以用于地下水位、土壤湿度等的监测。
近年来，光纤光栅传感器的研究取得了一系列的进展。
一方面，光纤光栅传感器的灵敏度和分辨率得到了提高。
通过改变光纤光栅的结构和优化信号处理算法，可以提高传感器的灵敏度。
另一方面，光纤光栅传感器的应用领域得到了拓展。
传统的光纤光栅传感器主要应用于单一参数的测量，如温度、压力等，而现在的研究主要关注多参数的测量。
例如，通过改变光纤光栅的布局和优化信号处理算法，可以实现对多种参数的同时测量。
此外，光纤光栅传感器还面临一些挑战和问题。
一方面，光纤光栅传感器的制备和安装需要专业的技术和设备，成本较高。
另一方面，光纤光栅传感器的应用受到光纤光栅的长度限制，难以实现对大范围区域的监测。
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高等光学论文光纤光栅的理论基础研究光纤光栅的理论基础研究光纤由于具有损耗低、带宽大、不受电磁干扰和对许多物理量具有敏感性等优点，已成为现代通信网络中的重要传输媒介和传感领域的重要器件。
光纤传感以其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲、体积小、可埋入工程材料及进行分布式测量等优点受到了广泛重视。
光纤光栅是近十多年来得到迅速发展的一种光纤器件，其应用是随着写入技术的不断改进而发展起来的。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。
当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
第一部分光纤光栅的简介1 光纤光栅的发展1978年，加拿大通信研究中心的Hill等发现纤芯掺锗的光纤具有光敏性，并利用驻波干涉法制成了世界上第一根光纤光栅[1]。
1989年，美国东哈特福联合技术研究中心的Meltz等利用244nm的紫外光双光束全息曝光法成功地制成了光纤光栅[2]，用两束相干光相遇时所产生的干涉条纹使光敏光纤曝光，形成折射率的周期性永久改变，从而制成光栅。
这种光栅已达到实用阶段。
但这种方法有其缺点：一是对光源的相干性要求较高；二是对系统的稳定性要求高。
1993年，贝尔实验室的Lemaire等用光纤载氢技术增强了光纤的光敏性[3]，这种方法适用于任何掺锗的光纤。
通过光纤的载氢能够将在不增加掺锗浓度的情况下，使光纤的光敏性大大提高。
1993年，又提出了制作光纤Bragg光栅的相位掩模法[4,5]，是到目前为止最为实用化的一种方法，仍被普遍采用，但这种方法的主要缺点是制作掩模版，一种掩模版只对应一种波段的光纤光栅。
1996年，出现了长周期光纤光栅[6～8]，这种光栅的周期较长，可以在数十微米到几百微米之间。
光纤Bragg光栅具有选择性反射作用，是将前向传输的纤芯模耦合到后向传输的纤芯模中去，而长周期光纤光栅则是将纤芯模耦合到包层模，而包层模在传播不远后会损耗掉，从而在透射光中形成损耗峰。
2 光纤光栅的类型根据周期的长短，通常把周期小于1μm的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称为光纤Bragg光栅或反射光栅，Bragg光栅的特点是传输方向相反的纤芯模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器；而把周期为几十至几百μm的光纤光栅称为长周期光纤光栅，又称为透射光栅，长周期光纤光栅的特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后向反射，属于透射型带阻滤波。
光纤光栅按波导类型可分为均匀光栅和非均匀光栅。
均匀光纤光栅的特点是光栅的周期和折射率调制的大小均为常数，这是最常见的一种光纤光栅，其反射谱具有对称的边模振荡，但是其边模振荡较大，在通信中容易引起码间串扰，而最典型的均匀光栅为均匀光纤Bragg光栅。
而非均匀周期光纤光栅的特点是光栅的周期或者折射率调制的大小均不为常数，而是变化的，最典型的非均匀光栅为啁啾光纤光栅，闪耀光栅，超结构光栅（取样光栅）等。
按光纤光栅的形成机理分可以分为利用光敏性形成的光纤光栅和利用弹光效应形成的光纤光栅。
光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。
对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。
而利用弹光效应形成的光纤光栅的特点是利用周期性的残余应力释放或光纤的物理结构变化从而轴向周期性地改变光纤的应力分布，通过弹光效应导致光纤折射率发生轴向周期性的分布，从而形成光栅。
3 光纤光栅的应用由于光纤Bragg 光栅具有长度短、插入损耗小的特点。
一些非均匀光纤Bragg 光栅还具有独特的光谱特性，因此，光纤光栅在通信和传感领域起到了无法替代的作用。
(1)在通信中的应用[9]目前发展了各种光纤激光器谐振腔是一个基本部件，普通激光器的谐振腔是利用一对平面或凹面反射镜构成的。
光纤Bragg 光栅也具有反射镜的作用，因此，其可以用来构成光纤激光器中的谐振腔。
通过改变参数，使其反射波长、带宽、反射率达到实际要求的大小。
光纤激光器与光纤放大器通常需要用波长稳定的半导体激光器作为泵浦光源，若将半导体激光器直接连接到光纤上，会引起激光器的不稳定输出，可以在两者之间接入一个光纤Bragg 光栅，起到波长选择和对输出的稳定作用，如图1所示。
这样还可以起到窄带滤波作用，输出带宽非常窄的光束。
图1 激光波长选择与稳定器 光纤Bragg 光栅的带宽较小，且经过变迹处理后具有很高的边模抑制比，因此变迹光纤Bragg 光栅在DWDM 中有很重要的应用，既可作为上/下路波分复用器，又光纤Bragg 光栅半导体激光器可以利用光纤Bragg光栅的带通率波特性，选择所需的波长，加上光纤环形器等辅助器件制作成解复用器。
影响光纤通信向高速、大容量发展的两个重要因素是光纤的损耗和色散。
损耗问题可以利用掺铒光纤放大器较好地解决，而色散则需要通过其他方法加以补偿或消除。
目前，已提出了多种方法对光纤进行色散补偿，但较成熟的方法是色散补偿光纤和啁啾光纤Bragg光栅。
前者利用一种色散较大的光纤来补偿通用光纤中的色散，但成本较高，插入损耗大，非线性效应强，补偿效果不够理想。
后者利用啁啾光纤Bragg光栅对色散进行补偿是一种有效的方法，如图2所示。
啁啾光栅插入损耗小，色散补偿量大，体积小，成本低，是一种全光纤的无源器件，数厘米长的啁啾光栅可以补偿上百公里以上的光纤产生的色散。
啁啾光纤Bragg光栅光环形器图2 啁啾光纤Bragg光栅用于色散补偿器的示意图(2)在传感中的应用基于光纤光栅传感过程是通过外界参量（如应力、应变、温度、浓度等）对它的Bragg波长的调制来获取传感信息。
光纤光栅传感器与传统传感器相比有如下优点：①采用波长编码，可以克服强度调制传感器要补偿光纤连接器和耦合器损耗及光源输出功率起伏变化的不足。
②抗电磁干扰，耐腐蚀，能在恶劣的化学环境下工作。
③传感探头结构简单，质量轻，体积小，容易进行空间很小部分的物理量变化测量，这有利于航空等狭小空间的应用，它对被测介质影响小，可以埋在材料内部做智能材料。
④易于将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅阵列，可以实现分布式传感。
还可以利用光纤通信中的复用技术组成传感网络，且利用现有的光纤网络实现遥测。
由于光纤光栅传感器的诸多优点，使它在各领域得到应用。
光纤光栅传感器的应用范围非常广，在建筑、桥梁、油田及航空、大坝等工程中都可以进行实时安全、温度及应变监测。
例如：光纤传感器的测量精度可达到几个微应变级，具有良好的可靠性，可实现动态测量，采用分布式埋入可以实现对整个桥梁或建筑物的健康状况监测，从而防止工程及交通事故的发生。
(3)在信号处理中的应用随着全光网络、光子信息技术的飞速发展，光纤光栅可以广泛应用于光信息处理、全光逻辑电路等方面。
如利用相移光纤Bragg 光栅可以在原来的光谱中打开一个或多个宽带很窄的缺口，可在光通信中用于波长解调、全光纤开关。
振幅取样光纤Bragg 光栅可用于密集波分复用系统中的梳状滤波器，相位采样光纤Bragg 光栅可用于多通道色散与色散斜率补偿。
利用光纤光栅本身的时延特性或反射特性，可设计特殊结构的时延器。
特别地，近来出现了利用光纤光栅克服传统电路速度受限的影响，完成了电子电路中的信号变换，以实现光的全光传输与光信息处理，如时间积分器、微分器、希尔伯特变换器[9]。
第二部分 光纤光栅的理论分析光纤光栅的理论分析主要是耦合模理论和传输矩阵法，现阶段我主要只学习了一点耦合模理论。
以下大致概括的介绍一下耦合模理论。
在光纤光栅的分析方法中，常见的为耦合模法。
首先介绍两普通光波导之间的耦合方程：121212()()exp[()]dA z iA z K i z dzββ=- (1) 212121()()exp[()]dA z iA z K i z dzββ=- (2) 其中A 1,A 2是幅度系数，K 12,K 21是耦合系数。
要将(1)，(2)表示成常见的耦合方程，假设：111exp()a A i z β=- (3) 222exp()a A i z β=- (4) 其中，A 1,A 2代表模式耦合引起的电磁波z 方向的幅度变化。
在理想的波导中，由于模式间相互正交，且没有能量交换的现象。
而扰动的存在引起了模式间耦合，利用(3)与(4)，则(1)和(2)改写为：111221da i a ia K dzβ=-+ (5) 222112da i a ia K dzβ=-+ (6) 在弱微扰的介质中，可近似认为光场本征模保持不变，任何在光波导中传输的光波的横向电场可以看作是这些本征模的线性叠加，将电场的横向分量写成如下形式：(,,)[()exp()()exp()](,)exp()l j j j j jl jE x y z A z i z B z i z e x y i t ββω∙=+--∑ (7) 其中，j 为模式阶数，A j (z),B j (z)分别表示j 阶模沿着+z 和-z 方向的振幅包络。
横向模场e ji (x,y)描述了辐射模。
在均匀介质的光波导中传输的本征模互不干扰，若介质的均匀性被破坏，使得传导模发生振幅的或相位的扰动，则这些本征模之间就会发生能量转换，即耦合。
j 阶模的幅度A j (z)和B j (z)沿z 方向的变化情况如下式：()()exp[()]()exp[()]j l z l z k kj kj k j k kj kj k j k kdA z i A K K i z i B K K i z dz ββββ=+-+--+∑∑ (8)()()exp[()]()exp[()]j l z l z k kj kj k j k kj kj k j k kdB z i A K K i z i B K K i z dz ββββ=-+-+--∑∑ (9)式(8)和(9)就是非均匀光波导中的耦合模方程，()l kl K z 和()z kjK z 分别是第j 阶模与第k 阶模间的横向耦合系数和纵向耦合系数，因为波导纵向不满足缓慢变化，有()z kj K z <<()l kl K z ，所以忽略纵向耦合系数，则横向耦合系数值为：(10) 这里ε∆是介电常数的扰动，当折射率变化量n n δ<<时，近似认为2n n εδ∆≅。
利用上述耦合模方程，可以对光纤光栅的耦合特性进行分析研究。
光纤Bragg 光栅是一种反射型光栅，光栅中的传输模式属于反向模式的耦合，因此对式(8)和(9)进行化简：(11) ˆ()()dR i R z i S z dz σκ+++=+*()(,,)(,)(,)4l kj kl jl K z dxdy x y z e x y e x y ωε∙∞=∆⎰⎰(12)式(11)和(12)是适用于光纤Bragg 光栅的耦合模方程，这里有)2/exp()()(ϕδ-=+z i z A z R d ，)2/exp()()(ϕδ+-=+z i z B z S d ，κ是交流耦合系数，ˆσ是直流自耦合系数，定义为： 1ˆ2d d dzϕσδσ=+- (13) d δ是与z 无关的相对于Bragg 波长的失谐量，可表示成：]11[2Beff d n λλππβδ-=Λ-= (14) Λ=eff B n 2λ是理想光栅时的中心反射波长，eff n 为有效折射率。