簡介：

 

1978 年加拿大渥太華通信研究中心的K·O·Hill等人首次在摻鍺石英光纖中發現光纖的光敏效應


，並采用駐波寫入法製成世界上第一根光纖光柵。19*
，美國聯合技術研究中心的G·Meltz等人實現了光纖Bragg光柵（FBG）的UVjiguangcemianxierujishu，shiguangxianguangzhadezhizuojishushixianletupoxingjinzhan。suizheguangxianguangzhazhizaojishudebuduanwanshan
，qiyingyongdechengguoriyizengduo，congguangxiantongxin、光guang纖xian傳chuan感gan到dao光guang計ji算suan和he光guang信xin息xi處chu理li的de整zheng個ge領ling域yu都dou將jiang由you於yu光guang纖xian光guang柵zha的de實shi用yong化hua而er發fa生sheng革ge命ming性xing的de變bian化hua
，光guang纖xian光guang柵zha技ji術shu是shi光guang纖xian技ji術shu中zhong繼ji摻chan鉺er光guang纖xian放fang大da器qi（EDFA）技術之後的又一重大技術突破。

 

光guang纖xian光guang柵zha是shi利li用yong光guang纖xian中zhong的de光guang敏min性xing製zhi成cheng的de。所suo謂wei光guang纖xian中zhong的de光guang敏min性xing是shi指zhi激ji光guang通tong過guo摻chan雜za光guang纖xian時shi，光guang纖xian的de折zhe射she率lv將jiang隨sui光guang強qiang的de空kong間jian分fen布bu發fa生sheng相xiang應ying變bian化hua的de特te性xing。而er在zai纖xian芯xin內nei形xing成cheng的de空kong間jian相xiang位wei光guang柵zha，其qi實shi質zhi就jiu是shi在zai纖xian芯xin內nei形xing成cheng一yi個ge窄zhai帶dai的de（透射或反射）濾波器或反射鏡。利用這一特性可製造出許多性能獨特的光纖器件，它們都具有反射帶寬範圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖耦合，可與其它光器件兼容成一體，不受環境塵埃影響等一係列優異性能。

 

光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵（也稱為反射或短周期光柵），二是透射光柵（也稱為長周期光柵）。光纖光柵從結構上可分為周期性結構和非周期性結構，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵
；其中，色散補償型光柵是非周期光柵
，又稱為啁啾光柵（chirp光柵）。目前光纖光柵的應用主要集中在光纖通信領域和光纖傳感器領域。

 

在光纖傳感器領域
，光纖光柵傳感器的應用前景十分廣闊。由於光纖光柵傳感器具有抗電磁幹擾、尺寸小（標準裸光纖為125um）、重量輕
、耐溫性好（工作溫度上限可達400℃～600℃）、複用能力強、傳輸距離遠（傳感器到解調端可達幾公裏）
、耐腐蝕、高靈敏度
、無源器件、易形變等優點
，早在1988年就成功地應用在航空、航天領域中作為有效的無損檢測當中，同時光纖光柵傳感器還可應用於化學醫藥、材料工業、水利電力、船舶、煤礦等各個領域

，以及在土木工程領域中（如建築物、橋梁、水壩、管線、隧道、容器
、高速公路、機場跑道等）的混凝土組件和結構中測定結構的完整性和內部應變狀態
，從而建立靈巧結構
，並進一步實現智能建築。

 

 

工作原理：

 

我們知道
，光柵的Bragg波長lB由下式決定：

 

lB=2nL ⑴

 

式中
，n—芯模有效折射率； L—光柵周期。

 

當光纖光柵所處環境的溫度、應力、yingbianhuoqitawuliliangfashengbianhuashi，guangzhadezhouqihuoxianxinzheshelvjiangfashengbianhua，congershifansheguangdebochangfashengbianhua，tongguoceliangwuliliangbianhuaqianhoufansheguangbochangdebianhua，jiukeyihuodedaicewuliliangdebianhuaqingkuang。ruliyongcichangyoudaodezuoyouxuanjihuabodezheshelvbianhuabutong
，keshixianduicichangdezhijieceliang。ciwai
，tongguotedingdejishu
，haikeshixianduiyinglihewendudefenbiecelianghetongshiceliang。tongguozaiguangzhashangtufutedingdegongnengcailiao（如壓電材料），對電場等物理量的間接測量也能實現。

 

 

1

、啁啾光纖光柵傳感器的工作原理

 

上shang麵mian介jie紹shao的de光guang柵zha傳chuan感gan器qi係xi統tong
，光guang柵zha的de幾ji何he結jie構gou是shi均jun勻yun的de，對dui單dan參can數shu的de定ding點dian測ce量liang很hen有you效xiao，但dan在zai需xu要yao同tong時shi測ce量liang應ying變bian和he溫wen度du或huo者zhe測ce量liang應ying變bian或huo溫wen度du沿yan光guang柵zha長chang度du的de分fen布bu時shi就jiu顯xian得de力li不bu從cong心xin。此ci時shi，采cai用yong啁zhou啾jiu光guang纖xian光guang柵zha傳chuan感gan器qi就jiu就jiu是shi一yi個ge不bu錯cuo的de選xuan擇ze。

 

啁啾光纖光柵由於其優異的色散補償能力而應用在高比特遠程通信係統中。與光纖Bragg光柵傳感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下，啁啾光纖光柵除了DlB的(de)變(bian)化(hua)外(wai)，光(guang)譜(pu)的(de)展(zhan)寬(kuan)也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。這(zhe)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)應(ying)變(bian)和(he)溫(wen)度(du)均(jun)存(cun)在(zai)的(de)場(chang)合(he)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)用(yong)的(de)。由(you)於(yu)應(ying)變(bian)的(de)影(ying)響(xiang)，啁(zhou)啾(jiu)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)會(hui)拓(tuo)寬(kuan)，峰(feng)值(zhi)波(bo)長(chang)也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)位(wei)移(yi)
，而(er)溫(wen)度(du)的(de)變(bian)化(hua)則(ze)由(you)於(yu)折(zhe)射(she)率(lv)的(de)溫(wen)度(du)依(yi)賴(lai)性(xing)（dn/dT），僅會影響重心的位置。因此通過同時測量光譜位移和展寬，就可以同時測量應變和溫度。

 

2
、長周期光纖光柵（LPG）傳感器的工作原理

 

長周期光纖光柵（LPG）的周期一般認為有數百微米，它在特定的波長上可把纖芯的光耦合進包層，其公式如下：

 

li=(n0- niclad）·L ⑵

 

式中，n0—纖芯的折射率；niclad—i階軸對稱包層模的有效折射率。

 

光在包層中將由於包層/空氣界麵的損耗而迅速衰減，留下一串損耗帶。一個獨立的LPG可能在一個很寬的波長範圍上有許多的共振，其共振的中心波長主要取決於芯和包層的折射率差
，由應變、溫度或外部折射率變化而產生的任何變化都能在共振中產生大的波長位移，通過檢測Dli，就可獲得外界物理量變化的信息。LPG在給定波長上共振帶的響應通常有不同的幅度，因而適用於構建多參數傳感器。

 

 

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