光纤光栅传感技术的发展及应用
光纤光栅原理及应用
光纤光栅传感器原理及应用（武汉理工大学）1光纤光栅传感原理光纤光栅就是利用紫外光曝光技术，在光纤中产生折射率的周期分布，这种光纤内部折射率分布的周期性结构就是光纤光栅。
光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating ，FBG ）在目前的应用和研究中最为广泛。
光纤布喇格光栅，周期0.1微米数量级。
FBG 是通过改变光纤芯区折射率，周期的折射率扰动仅会对很窄的一小段光谱产生影响，因此，如果宽带光波在光栅中传输时，入射光将在相应的波长上被反射回来，其余的透射光则不受影响，这样光纤光栅就起到了波长选择的作用，如图1。
图1 FBG 结构及其波长选择原理图在外力作用下，光弹效应导致折射率变化，形变则使光栅常数发生变化；温度变化时，热光效应导致折射率变化，而热膨胀系数则使光栅常数发生变化。
（1）光纤光栅应变传感原理光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况，在外力作用下，光弹效应导致光纤光栅折射率变化，形变则使光栅栅格发生变化，同时弹光效应还使得介质折射率发生改变，光纤光栅波长为1300nm ，则每个με将导致1.01pm 的波长改变量。
（2）光纤光栅温度传感原理光温度变化时，热光效应导致光纤光栅折射率变化，而热膨胀系数则使光栅栅格发生变化。
光纤光栅中心波长为1300nm ，当温度变化1摄氏度时，波长改变量为9.1pm 。
反射光谱入射光谱投射光谱入射光反射光投射光包层纤芯光栅光栅周期2光纤光栅传感器特点利用光敏元件或材料，将被测参量转换为相应光信号的新一代传感技术，最大特点就是一根光纤上能够刻多个光纤光栅，如图2所示。
光纤光栅传感器可测物理量：温度、应力/应变、压力、流量、位移等。
图2 光纤光栅传感器分布式测量原理光纤光栅的特点： ● 本质安全，抗电磁干扰● 一纤多点（20-30个点），动态多场：分布式、组网测量、远程监测 ● 尺寸小、重量轻； ● 寿命长: 寿命 20 年以上3目前我校已经开展的工作（部分）3.1 基于光纤光栅传感的旋转传动机械动态实时在线监测技术与系统利用光纤光栅传感技术的特性，实现转子运行状态的非接触直接测量。
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。
光纤传感技术的原理与应用
光纤传感技术的原理与应用随着科技的发展，光纤传感技术逐渐成为了世界各地工程领域中不可或缺的一种新型技术。
它主要通过利用光传输信号的原理，对工程领域中的各种数据进行监测和检测，以保障工程的稳定和流畅运转。
本文将分别从技术的原理和应用两个角度，详细阐述光纤传感技术的特点和深入应用。
一、技术原理光纤传感技术利用了光学传播信号的特性，同时在光纤中置入了某些敏感元件，从而实现了对光信号的检测和监测。
在光纤传感技术中主要采用的是一些特殊加工过的单模光纤，其结构相对较为特殊。
准确来讲，在这种光纤中会加工出一些被称之为光纤栅的敏感元件。
这些光纤栅会通过对光波的反射和干涉来测量环境中的电磁波变化和相变。
同时，这些光纤栅可以通过在光纤中设置多个光栅，来达到对于多个光参数的监测。
在实际应用中，光纤传感技术主要通过对敏感元件的检测来实现对环境中的物理性质的监测。
例如，可以使用光纤传感技术实现对于温度、压力、力量和拉伸等物理性质的监测。
二、应用领域光纤传感技术的应用范围非常广泛，特别是在工程领域中往往会发挥出非常重要的作用。
下面将分别从几个典型应用领域来介绍光纤传感技术的特点和应用。
1. 制造业在现代制造业领域中，光纤传感技术经常被用于监测各种机器的运转状态。
例如，可以使用光纤传感技术来监测机器的振动、温度、磁场、电压、电流等等参数，从而实现对机器运转状态的实时监测。
因为这些参数往往能够反映出机器可能存在的缺陷或故障，因此这些监测数据能够帮助制造商在很大程度上提高机器的效率和稳定性，同时缩小机器出现故障的风险。
2. 交通运输在现代交通运输领域中，光纤传感技术可以被用于帮助调度员对交通状况进行监测。
例如，可以在地铁或公交车的轨道和路面上设置光纤传感器，通过对车辆行驶过程中的震动和变化进行监测，来实现对路面行驶状态的实时监测。
这样可以帮助调度员及时发现路面上可能存在的问题，并进行维修和改善。
3. 医疗领域在医疗领域中，光纤传感技术可以被用于对肌肉和神经等部位进行监测。
光纤光栅温度传感器
温度传感器技术原理
温度测量方案
巧妙设计传感器结构及安装方式， 巧妙设计传感器结构及安装方式，使传感器敏感单元不受外界应力 应变影响，从而仅感受环境温度。 应变影响，从而仅感受环境温度。
T1 = αT *(λT1 − λT 0 ) +T0
为所测温度值（ 为初始温度值（ 为所测温度值（℃）， T0 为初始温度值（℃）， αT 为温度传感器温度系数 温度时的传感器波长值（ （℃/nm）， λT 0 为 T0 温度时的传感器波长值（nm）， λT 1为 T1 温度时的传感器 ）， ）， 波长值（ 波长值（nm）。 ）。
应用前景
光纤光栅具有耐腐蚀、防水、抗电磁干扰、集传感与传输 于一体、易 于埋到材料内部； 具有波长分离能力强、长期稳定性好、传感准确度和灵敏度极高；
可实现远距离和分布式传感，易于集成分布传感网络系统；
可广泛应用于航空航天、土木工程、复合材料、石油化工等领域； 对工程结构的应力、应变、温度，以及结构蠕变、裂缝、整体性等结构 参数的实时在线监测，实现对结构内多目标信息的监控和提取； 依据安装环境定制各种不同用途的传感器，实现多参量多、远距离、同 一仪器监测的“物联网”技术。
工程案例 国家游泳中心—水立方 国家游泳中心 水立方 胜利油田CB32A海洋平台 胜利油田 海洋平台 秦皇岛热电厂开关柜温度监测 安钢动力厂电缆温度监测系统 中石油新疆独山子/塔里木石化油罐群感温火灾 中石油新疆独山子 塔里木石化油罐群感温火灾 探测系统 中石化茂名石化分公司油罐消防监测 中石化青岛炼油厂 首都钢铁股份有限公司焦化变电站温度监测系统
T1
λ 传感器出厂时对应唯一的温度系数 α T ；传感器安装后记录环境初始温 度 T0 和传感器初始波长值 λT0 ，并将该温度值及初始波长值记录于解调 仪作为起始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。 仪作为起始值。今后传感器每一个波长值对应环境一个温度值。
光纤光栅原理及应用
光纤光栅原理及应用光纤光栅是一种能够利用光波与光波之间的相互作用来改变光传输特性的设备。
它由光纤材料构成，其中包含了周期性的折射率变化结构。
光纤光栅可以通过改变光纤中折射率的周期性分布来控制光波的传输和分散特性。
光波在光纤光栅中传输时，会与光栅结构发生相互作用，导致光波的部分传播方向改变，从而实现光的分散和耦合。
光纤光栅的原理可以分为两个方面：折射率的周期性变化和布拉格条件。
在光纤中引入折射率的周期性变化可以通过多种方式实现，例如通过分子扩散法、电子束曝光法和激光干涉法等。
当光波射入具有这种周期性折射率变化的光纤中时，它会受到布拉格条件的限制。
布拉格条件是指光波在光纤中的传播距离等于光栅周期的整数倍，这样才能出现相长干涉的现象。
当满足布拉格条件时，入射光波会被反射或透射，而不满足布拉格条件的光波会被耗散。
光纤光栅具有很多应用，以下是几个典型应用的介绍。
1.光纤传感光纤光栅可以用于构建高灵敏度的光纤传感器。
通过光栅的周期性变化，可以控制光波在光纤中的传播特性，从而实现对外界环境的测量。
例如，通过测量光栅传感区域中光波的透射光强，可以实现温度、压力、应力等物理量的测量。
2.光纤通信光纤光栅在光纤通信中也有重要的应用。
通过在光纤中引入光纤光栅，可以实现在光纤中选择性耦合和过滤光波的功能。
光纤光栅可以用于实现光纤放大器和光纤滤波器等光学器件，从而提高光纤通信系统的性能和功能。
3.光纤激光器光纤光栅还可以用于光纤激光器的制备。
通过在光纤中引入光纤光栅，可以实现光纤内部的反射和增益介质的选择性放大，从而实现光纤激光器的工作。
光纤激光器具有小巧、高效、稳定的特点，广泛应用于通信、医学和工业等领域。
4.光纤光栅传输系统光纤光栅也可以用于构建光纤光栅传输系统。
这种传输系统通过在光纤中引入光纤光栅，可以实现光波的模式转换和耦合。
通过光纤光栅传输系统，可以实现高效的光波分配和耦合，从而提高光纤传输系统的性能和可靠性。
光纤光栅传感器的工作原理和应用实例
光纤光栅传感器的工作原理和应用实例一、本文概述光纤光栅传感器作为一种先进的光学传感器，近年来在多个领域中都得到了广泛的应用。
本文旨在全面介绍光纤光栅传感器的工作原理及其在各领域中的应用实例。
我们将详细阐述光纤光栅传感器的基本原理，包括其结构、光学特性以及如何实现传感功能。
接着，我们将通过一系列应用实例，展示光纤光栅传感器在结构健康监测、温度测量、压力传感以及安全防护等领域的实际应用。
通过本文的阅读，读者将能够对光纤光栅传感器有一个全面深入的了解，并理解其在现代科技中的重要地位。
二、光纤光栅传感器的基本概念和原理光纤光栅传感器，也被称为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器，是一种基于光纤光栅技术的传感元件。
其基本概念源于光纤中的光栅效应，即当光在光纤中传播时，遇到周期性折射率变化的结构（即光栅），会发生特定波长的反射或透射。
光纤光栅传感器的工作原理基于光纤中的光栅对光的反射作用。
在制造过程中，通过在光纤芯部形成周期性的折射率变化，即形成光栅，当入射光满足布拉格条件时，即入射光的波长等于光栅周期的两倍与光纤有效折射率的乘积时，该波长的光将被反射回来。
当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，光纤光栅的周期或折射率会发生变化，从而改变反射光的波长，通过对这些波长变化的检测和分析，就可以实现对环境参数的测量。
光纤光栅传感器具有许多独特的优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、测量范围大、响应速度快、能够实现分布式测量等。
这使得它在许多领域，如结构健康监测、航空航天、石油化工、环境监测、医疗设备、智能交通等，都有广泛的应用前景。
光纤光栅传感器的工作原理决定了其可以通过测量光栅反射光的波长变化来感知外界环境的变化。
因此，在实际应用中，通常需要将光纤光栅传感器与光谱分析仪、解调器等设备配合使用，以实现对环境参数的精确测量。
光纤光栅传感器的基本概念和原理为其在各种应用场景中的广泛应用提供了坚实的基础。
光纤光栅传感器的温度灵敏度研究
光纤光栅传感器的温度灵敏度研究一、光纤光栅传感器概述光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅的特性来检测物理量变化的传感器。
与传统的传感器相比，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、尺寸小、重量轻、可实现分布式测量等优点。
光纤光栅传感器通过在光纤中写入周期性的折射率变化来形成光栅，当外部环境发生变化时，光栅的周期或折射率也会随之变化，从而引起反射或透射光的波长发生变化，通过测量这些变化可以检测出温度、压力、应力等物理量。
1.1 光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器的工作原理基于光的干涉和衍射现象。
当光波在光纤中传播时，遇到光栅结构会发生衍射，产生多个衍射级。
这些衍射级相互干涉，形成特定的反射和透射光谱。
当光栅的周期或折射率发生变化时，衍射光谱也会相应地移动，通过测量光谱的移动量，可以推算出外部环境的变化。
1.2 光纤光栅传感器的分类根据光栅的类型，光纤光栅传感器可以分为布拉格光栅传感器、长周期光栅传感器和光纤布拉格光栅传感器等。
根据测量的物理量，又可以分为温度传感器、压力传感器、应力传感器等。
每种类型的传感器都有其独特的优势和应用场景。
二、光纤光栅传感器的温度灵敏度研究温度是光纤光栅传感器中最常见的测量对象之一。
温度的变化会影响光纤的折射率，进而影响光栅的周期和反射光谱的位置。
因此，研究光纤光栅传感器的温度灵敏度对于提高测量精度和应用范围具有重要意义。
2.1 温度对光纤光栅传感器的影响温度的变化会引起光纤材料的热膨胀和折射率的变化，从而影响光栅的周期和波长。
这种影响可以通过温度系数来量化。
不同的光纤材料具有不同的温度系数，选择合适的材料可以提高传感器的温度灵敏度。
2.2 提高温度灵敏度的方法为了提高光纤光栅传感器的温度灵敏度，研究者们提出了多种方法，包括优化光栅的参数、使用特殊的光纤材料、采用复合光栅结构等。
这些方法可以有效地提高传感器对温度变化的响应速度和精度。
2.3 温度灵敏度的测量与标定温度灵敏度的测量通常采用实验方法，通过将传感器暴露在不同温度下，测量反射光谱的变化，从而计算出温度灵敏度。
光纤光栅传感器的应用
光纤光栅传感器的应用一、光纤光栅传感器的优势与传统的传感器相比,光纤Bragg光栅传感器具有自己独特的优点:(1) 传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变, 适合埋入大型结构中, 可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等, 稳定性、重复性好;(2) 与光纤之间存在天然的兼容性, 易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高;(3) 具有非传导性, 对被测介质影响小, 又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点, 适合在恶劣环境中工作;(4) 轻巧柔软, 可以在一根光纤中写入多个光栅, 构成传感阵列, 与波分复用和时分复用系统相结合, 实现分布式传感;(5) 测量信息是波长编码的, 所以, 光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响, 有较强的抗干扰能力;(6) 高灵敏度、高分辩力。
正是由于具有这么多的优点,近年来,光纤光栅传感器在大型土木工程结构、航空航天等领域的健康监测,以及能源化工等领域得到了广泛的应用。
光纤Bragg光栅传感器无疑是一种优秀的光纤传感器，尤其在测量应力和应变的场合，具有其它一些传感器无法比拟的优点，被认为是智能结构中最有希望集成在材料内部，作为监测材料和结构的载荷，探测其损伤的传感器。
二、光纤光栅的传感应用1、土木及水利工程中的应用土木工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域。
力学参量的测量对于桥梁、矿井、隧道、大坝、建筑物等的维护和健康状况监测是非常重要的.通过测量上述结构的应变分布,可以预知结构局部的载荷及健康状况.。
光纤光栅传感器可以贴在结构的表面或预先埋入结构中,对结构同时进行健康检测、冲击检测、形状控制和振动阻尼检测等,以监视结构的缺陷情况.。
另外,多个光纤光栅传感器可以串接成一个传感网络,对结构进行准分布式检测,可以用计算机对传感信号进行远程控制。
（1）在桥梁安全监测中的应用目前, 应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。
光纤光栅传感技术在智能机器人中的应用
光纤光栅传感技术在智能机器人中的应用随着科技的飞速发展，人类生活中越来越多的机器人得以相继问世。
为了让机器人能够更好地适应环境和完成各种任务，科技工作者们付出了极大的努力，其中，光纤光栅传感技术作为一项新兴技术，正被越来越多的智能机器人所采用。
何为光纤光栅传感技术？简单来说，光纤光栅传感技术就是利用光纤上的微小光栅结构来测量某些物理量的技术。
它与传统的传感技术相比更具有优势，像是可以实现远程无损检测，测量精度更高，工作环境更复杂。
可以被应用于医疗、制造、交通、航空、能源等多个领域。
光纤光栅传感技术在智能机器人中的应用智能机器人的应用范围越来越广，应用场景逐渐丰富。
在这些应用场景中，往往需要精准和快速地感测物理量，因此光纤光栅传感技术具有明显的优势。
轨迹控制机器人的行进轨迹对于智能机器人的任务完成起着极其重要的作用。
有时人们需要把机器人的行进轨迹精确控制在特定的范围内，这时光纤光栅传感技术可以帮助人们获取机器人行进轨迹的信息。
智能机器人可以通过对光纤光栅的信息实时分析，以达到精准的控制。
环境监测智能机器人作为一种劳动力的替代品，可以在人类难以进入的危险环境中进行任务，如航空机舱维修，核电站维护。
然而，这样的任务环境十分的复杂，需要大量环境监测信息来帮助机器人完成任务。
光纤光栅传感技术可以测量温度、湿度、气压、气体浓度等多种环境变量，提供机器人所需的重要信息。
力觉反馈机器人需要能够感知物体的力度，以便更好地抓住物体或者避免损坏物体。
普通传感器能够感测压力，但是压力无法反映出方向，力觉反馈是机器人具有人类类似触感的一个重要环节，而光纤光栅传感技术可以通过应力测量来反映出力的方向，并为机器人提供指导。
结语光纤光栅传感技术作为一项新兴技术，正在被越来越多的智能机器人所应用。
这项技术的优势在于可以无损检测，精度高，环境适应性好等，能够较好地帮助智能机器人完成各种任务。
虽然这个领域的研究还需要大量的投入和探索，但是它无疑有很大的潜力和应用空间，在未来一定会有更加广泛的用途。
光纤布拉格光栅压力传感器的研制与应用
光纤布拉格光栅压力传感器的研制与应用光纤传感技术是一种用光学方法对物理量进行测量的技术，具有灵敏度高、精度高和抗干扰能力强等优点，近年来逐渐得到重视和应用。
光纤布拉格光栅压力传感器是一种利用光纤布拉格光栅声学耦合效应对压力进行测量的传感器，具有体积小、抗干扰能力强和不受磁场和电场干扰等特点。
本文将介绍光纤布拉格光栅压力传感器的研制和应用。
一、光纤布拉格光栅压力传感器的结构和工作原理光纤布拉格光栅压力传感器由光源、光伏探测器、光纤布拉格光栅和传感器壳体等组成。
光纤布拉格光栅是将一段光纤经过激光束在光纤中刻上一系列间隔相等的反射光栅，形成一定的声学共振器。
当外部环境受到压力作用时，布拉格光栅的反射光波长会发生变化，利用光纤传输背景光源产生的光信号，可以测出布拉格光栅的反射光波长变化从而得到环境的压力大小。
二、光纤布拉格光栅压力传感器的研制光纤布拉格光栅压力传感器的制备需要对光纤进行光栅的刻制和声学共振器的制作。
具体来说，包括以下几个步骤：1. 光纤刻写光纤刻写是将一个较长度的光纤通过对激光束在其上进行光栅刻写，形成反射光栅的过程。
光纤可以采用陶瓷、石英、聚合物等材料。
光栅具有较高的制备要求，通常需要在100纳米级别、深度较浅的范围内进行刻写，从而得到合理的光学性能。
2. 光纤布拉格光栅制备将所制得的光纤布拉格光栅的孔径露出，加上一个结构精细、灵敏度高的传感器设计，就形成了一款光纤布拉格光栅压力传感器。
在制组成过程中，需要根据本身的性质进行设计，确定其工作原理的基本结构。
3. 传感器制壳对所制得的光纤布拉格光栅压力传感器进行外部包装，制成传感器壳体，保护传感器光学光缆不受外部物质的污染和机械碰撞等。
三、光纤布拉格光栅压力传感器的应用光纤布拉格光栅压力传感器的应用主要在以下几个领域：1. 汽车行业在汽车行业，光纤布拉格光栅压力传感器可以用于汽车制动系统、汽车发动机等的监测。
通过监测汽车制动系统或发动机的压力变化，及时发现可能存在的问题，从而避免发生意外事故，保障汽车行驶的安全性。
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光纤光栅传感技术的发展及应用单嵩北京工业大学应用数理学院 000612班指导教师：王丽摘要本文综述了当前国内外对光纤光栅传感器的研究历史和现状，论述了光纤光栅传感器的工作原理，介绍了传感器在响应压力方面的研究，并讨论了光纤光栅传感器所面临的问题。
关键词光纤，光栅，传感器一、引言光纤通信技术在过去二十年里有了惊人的发展，它的出现，使得全球电信网络上的传输需求以指数速率增长。
而新一代光纤技术——光纤光栅将在光纤技术以及众多相关领域中引起一场新的技术革命。
1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.HILL等人在研究光纤非线性光学性质时偶尔地制成了最初的光纤光栅并发现掺锗石英光纤紫外光敏特性。
所谓光敏性是指光纤材料在一定波长的强光照射下，其折射率会发生永久变化。
而折射率沿光纤按一定规律变化就可形成各种光纤光栅。
1989年G.Meltz等人首次利用244nm的紫外光采用全息干涉的方法制作了侧面写入的光纤光栅，使得制作各种波长的光纤光栅成为可能。
光纤光栅作为一种全光器件，其主要优点是低损耗、易于与其他光纤耦合、偏振不敏感，温度系数低、容易封装。
根据光纤周期的不同，光纤光栅可以被分为短周期光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）。
短周期光栅又称为Bragg光栅，它的周期尺寸可以与工作波长相比拟，一般约为0.5μm 。
Bragg光栅可以有很多种应用，从滤波器、光分插复用器到色散补偿器。
长周期光栅又称为传输光栅，它的周期要比工作波长大得多，从几百微米直到几个豪米。
长周期光纤光栅的工作原理与Bragg光栅有所不同。
在光纤Bragg光栅中，对于适当的波长，纤芯中前向传播模式的能量会被耦合进入后向传播模式中。
而在长周期光栅中，纤芯中前向传播模式的能量将会被耦合到包层中前向传播的其它模式中。
这些包层中的模式都是极高损耗的，随着它们沿光纤的传播，其能量迅速衰减。
目前长周期光栅主要被用作滤波器及在掺铒光纤放大器中补偿不平坦的增益谱。
目前，围绕光纤光栅技术的研究主要分为二个方向: 一是光纤光栅致光机理和写入成栅技术的研究；二是关于光纤光栅应用技术的研究，由于光纤光栅本质上是一个带阻滤波器，因此在光纤通信和光纤传感方面应用广泛。
光纤传感是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。
作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的优点。
光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接受，可方便地进行光电或电光转换。
光纤工作频带宽，动态范围大，是一种优良的低损耗传输线和优良的敏感元件。
因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，成为传感技术的先导，在某些重要领域，如惯性导航、军用告警、智能材料结构、测试与控制、机器人及信息处理等方面得到了广泛的应用。
二、光纤光栅传感技术原理1、光纤Bragg 光栅的应变响应机理轴向应变对光栅的影响表现在：一是使光栅栅距、光纤纤芯和包层半径变化,另一方面将通过光弹效应改变光纤的折射率。
两者综合作用结果使得光纤Bragg 光栅反射波中心波长发生漂移。
光纤Bragg光的响应峰值波长为B λ = 2 Λ (1)eff n 式中,B λ为Bragg波长, 为光栅有效折射率(折射率调制幅度大小的平均效应) , Λ为光栅周期(折射率调制的空间周期)。
以上为折射率调制周期为均匀的情况, 如果芯层折射率调制周期不均匀, 特别是调制周期沿光纤轴线变化, 则反射光为宽带光, 这种光纤光栅称之为啁啾光纤光栅。
eff n 作用于光纤光栅的被测物理量(如温度,应力等)发生变化时,会引起n 和Λ的相应改变,从而导致B λ的漂移。
反过来，通过检测B λ的漂移, 可得知被测物理量的信息。
光纤Bragg光栅传感器的研究工作主要集中在温度和应力的准分布式测量上。
温度和应力的变化所引起的B λ的漂移可表示为ΔB λ = 2 Λ(1 - )eff n e P ε (2)式中， ε为应变, = (/ 2) [ - e P eff n 12P υ( +) ]为光纤有效弹光系数, 为光纤材料的弹光张量分量， 11P 12P ,i j P υ为横向变型系数(泊松比)。
2、长周期光纤光栅传感基本原理长周期光纤光栅是一种基于把纤芯中传输的基模(模)能量耦合到同向传输的包层模(模) 中的损耗型光纤光栅。
根据相位匹配条件可以求得长周期光纤光栅的谐振波长01LP 1m HE res λ = ( - ) Λ （3）core n p cld n 式中 为纤芯中基模的有效折射率；为p 阶包层模的有效折射率;Λ为光栅的周期。
同时,在谐振峰值波长处的透射率T 可以通过解同向传输耦合模方程得出,它满足下面关系式 core n pcld n T = (kL) (4)2cos 其中L 为光栅的长度,k 为基模和包层模的耦合系数,它与基模及包层模在纤芯内的重叠因子有关。
长周期光纤光栅对弯曲特别敏感,光栅微小的弯曲就会使其耦合特性发生很大的改变。
弯曲对于长周期光纤光栅耦合特性的影响,一是表现在谐振波长随曲率增加发生红移；二是谐振峰幅度的变化,在光栅不发生过耦合的情况下表现为幅度随曲率增加而减小。
3、光纤光栅分布式传感系统光纤光栅分布式传感系统原理如图3所示。
把光纤Bragg 光栅贴在形变体上, 做成压力传感器。
其工作原理是： 光源发出的宽带光经光纤传输到被测量点, 光栅有选择性地反射回一窄带光,经光分路器传送到波长鉴别器或波长解调仪, 然后通过光探测器进行光电转换。
当形变体受到外界压力产生形变时, 光栅反射的窄带光中心波长会发生相应的变化, 从而反映出形变体所受的相应压力,最后由计算机做分析、存储, 按用户规定的格式在计算机上显示出被测量的大小。
三、传感器在响应压力方面的研究1、国外研究进展1989 年, M. G. Xu 等人第一次用光纤光栅做传感器,首先对裸露的光纤布拉格光栅的压力传感特性进行了研究,发现在70 MPa 的高压下,光纤布拉格光栅中心反射波长仅移动0.22 nm ,其压力敏感度很低.从此光纤光栅在传感技术领域的应用研究受到了人们的极大关注,并且取得了持续快速的发展.1993年,M. G. Xu 等人对裸露的FBG的压力传感特性进行了研究,在70 MPa 的气体压力下, FBG 中心反射波长移动了0.22 nm ,由于灵敏度低而无法用于常规测量,要用于实际测量,必须对光栅进行压力增敏。
1996 年,M. G. Xu 等人把FBG固定于中空的玻璃球结构中,利用玻璃球的放大作用使FBG 对压力的敏感度提高了1 个数量级,压力灵敏系数提高为- 2.12×510−/ MPa。
目前，传感器在工程上的应用已经涉及到众多领域，应用最多的领域当数桥梁的安全监测。
加拿大卡尔加里附近的Beddington Trail 大桥是最早使用光纤光栅传感器进行测量的桥梁之一(1993 年),16 个光纤光栅传感器贴在预应力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上, 对桥梁结构进行长期监测, 这在以前被认为是不可能。
1999 年夏, 在美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上, 安装了120 个光纤光栅传感器, 创造了当时在一座桥梁上使用光纤光栅传感器最多的纪录。
在瑞士洛桑附近的Vaux 箱形梁高架桥的建造过程中,使用了32 个光纤光栅传感器对箱形梁被推拉时的准静态应变进行了监测, 32 个光纤光栅分布于箱形梁的不同位置、用扫描法布里-泊罗系统进行信号解调。
航空航天业是一个使用传感器密集的地方, 仅波音公司就注册了好几个光纤光栅传感器的技术专利。
美国国家航空和宇宙航行局在航天飞机X233上安装了测量应变和温度的光纤光栅传感网络,对航天飞机进行实时的健康监测。
加拿大的一个光子研究小组提出用光纤光栅传感器测量飞机喷气涡轮发动机系统的压力和温度。
喷气涡轮发动机系统环境具有有高温高压的特征并伴有高速气流及高速、高密度声波, 气流的入口温度可低于- 50℃,喷射口的温度可高达1500℃, 各种压缩室的压力测量要求达到15000 kPa。
英国航空领导了11 个合作机构进行研究, 目的在于减少20 % 的飞机检测, 这意味着一架20 年寿命的飞机将节省两百万美元的检测费。
为实现此目的, 几种传感技术都纳入研究范围, 其中包括光纤光栅传感技术。
另外，挪威的Optop lan正在开发用于永久井下测量的光纤光栅温度和压力传感器。
“边钻边测”系统对钻井作业是非常有利的,Weis等人用光纤光栅制成一个井下光纤光栅调制器, 用来跟踪钻井过程中绞盘头的幅度变化。
2、国内研究进展近年来, 国内在光纤光栅技术的应用研究也取得了长足的进展。
1998 年,南开大学刘云启等利用弹簧管对于压力的机械放大作用做成的FBG弹簧管压力传感器压力灵敏度系数达- 1. 79 ×410−/ MPa 。
2000 年,刘云启等将FBG封装于有机聚合物基底中,由于基底材料的带动作用,FBG 的压力灵敏度提高到- 6. 28 ×510−/ MPa 。
2002 年,天津大学的张颖等采用增敏罐封装的方法,设计并研究的一种FBG压力传感器的压力灵敏系数达- 3. 41 ×310−/ MPa。
2004年，中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室高侃等人利用应变膜片技术在0～0.13 MPa 的气压下,使得长周期光纤光栅透射谱的峰值波长向长波长方向移动了118 nm；透射峰的幅度减小了13 dB。
该传感器的分辨率可达410−MPa ,能够很好地满足实际应用的要求。
2004年，南开大学的刘丽辉、董孝义等采用两种聚合物均匀混合，将其对光纤光栅进行封装增敏，在23、0—10MPa的情况下，压力灵敏度- 1.22×C °410−/MPa。
2004年，北京工业大学的胡曙阳等人用密封圆柱形容器和活塞将光栅的两端分别粘在容器和塞子上。
外界压力变化导致光栅所受拉力的变化,从而实现对外界压力的检测。
该传感器压力灵敏系数可达-0.696/MPa ,其线性度为0.9989。
2000年，北方交通大学的裴丽、简水生等人将光纤光栅用于高速列车的实时追踪，可及时给出列车位置、列车长度、车速以及列车运行加速度等参数, 并可对列车脱节等问题作出快速的判断, 测量时间约1ms/点。
哈尔滨工业大学研制开发出针对结构表面监测的两种光纤光栅应变传感器和两种光纤光栅温度传感器, 分别申报了国家实用新型专利, 并于2003 年4 月将光纤光栅应用于松花江斜拉桥, 监测桥梁和索塔的温度场及其变化、把握桥梁的实际应力状态并评价桥梁的运行安全状况。
2003年6月，上海紫珊光电技术有限公司与同济大学合作, 将自主研发的光纤光栅传感器应用于大桥的动态应变测量, 获得了准确可靠的数据, 体现了光纤光栅传感器的巨大优势。