铝槽封装光纤光栅传感器的增敏特性研究

提出了一种光纤布喇格光栅的铝槽封装工艺,并对铝槽封装光纤光栅传感器的应变与温度传感特性进行了实验研究和理论分析.与裸光纤光栅的测试结果比较表明,铝槽封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏性,但是温度灵敏度系数提高了3.5倍.经过该工艺封装的光纤光栅可以探测识别0.2 με的应变与0.02℃的温度变化.     

铜片封装光纤光栅传感器的应变和温度传感特性研究

提出了一种光纤光栅的铜片封装工艺，并通过实验和理论分析研究了光纤光栅的应变和温度传感特性.与裸光纤光栅的测试结果相比，铜片封装工艺基本不改变光纤光栅应变传感的灵敏度，但是温度灵敏度系数提高了2.78倍.经过铜片封装后的光纤光栅可以探测到的应变和温度分别为1 με和0.03℃，便于工程应用.     

用双周期光纤光栅实现温度和应变的同时测量

介绍了光纤光栅传感器的一般原理，分析了长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的应变和温度响应机理。结果表明，长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与纤芯参数和光栅周期有关，还依赖于包层参数。在同一根光纤上先后写入长周期光纤光栅、Bragg光纤光栅，利用长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅基模与包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同，实现应变和温度的同时测量。     

合金钢封装光纤Bragg光栅传感器传感特性的研究

提出了一种光纤光栅新型合金钢封装结构。利用等强度悬臂梁和温度控制箱对合金钢封装光纤布拉格光栅的应力和温度传感特性进行了测量。实验表明,采用该种封装的光纤光栅传感器保持了裸光纤光栅的响应灵敏度,其拉应变灵敏度系数为1.17pm/με,压应变灵敏度系数为1.2pm/με,温度灵敏度系数为11.3pm/℃,线性响应度在0.9995以上,可满足实际应用的要求。     

光纤光栅横向效应在平面应变测量中的应用

对光纤光栅的横向效应进行了理论分析，并通过实验对其进行了测量。分析表明其产生的原因是光纤纤芯的直径变化及光纤有效折射率随纤芯直径的变化率。通过平面应变模型，分析了在平面应变状态下光纤光栅的应变测量方法。针对光纤光栅横向效应带来的测量误差，以及单个光栅无法测量二维平面应变的不足，提出了一种采用铝合金材料对两根FBG进行十字型封装的新型结构，从理论上消除了光纤光栅横向效应带来的测量误差。     

小直径光纤光栅的研制及传感交叉敏感研究

研究了小直径光纤光栅的研制以及传感中的温度应变交叉敏感问题.首先根据耦合模理论,分析了小直径光纤Bragg光栅光谱特性,确定了包覆层为80 μm的单模光纤加工成中心波长为1 528 nm的Bragg光栅的栅长及周期,并研究了小直径光纤光栅与解设备之间的连接方式.其次利用等强度梁的变形特点,结合矩阵法,提出基于等强度悬臂梁双Bragg光纤光栅矩阵算法,对小直径光纤Bragg光栅的交叉敏感问题进行研究.温度和应变的实验辨别误差分别为5%和6%.实验结果表明,该方法可以分离温度和应变对光纤Bragg光栅传感的影响.采用该方法去除交叉影响,K矩阵始终存在逆矩阵,因此对所采用的光栅无特殊要求,从而扩大了光纤光栅选用范围,并将温度和应变识别出来.     

不同包层直径的倾斜光纤光栅折射率传感特性

倾斜光纤光栅的透射谱中有纤芯模和大量的包层模,它们具有与布拉格光栅相同的温度特性.利用HF酸腐蚀的方法得到具有不同包层直径的倾斜光纤光栅,研究了其对外界折射率的传感特性.结果表明,外界环境折射率在1.333～1.4532之间变化时,同一直径倾斜光纤光栅的高阶包层模的敏感性要比低阶包层模强;随着包层直径的减小,包层模的敏感性增强,且在折射率比较高的环境中有更高的敏感性.因此,利用倾斜光纤光栅的温度特性不仅可以解决温度交叉敏感问题,而且通过小同的腐蚀程度能定制所需要的灵敏度,以实现对环境折射率的高灵敏度测量.该办法可应用于对生物和化学等高灵敏度传感领域的各种溶液进行实时监控.     

材料封装型光纤布拉格光栅宽温域应变传感性能研究

针对用于高温油气井下的光纤布拉格光栅(FBG)传感器弹性封装材料宽温域应变问题,将奥氏体不锈钢材料和试制的铌基恒弹合金材料设计加工成弹性应变元件,并将FBG粘贴于其上封装成传感器.在30～250℃宽温域范围内对两个传感器施加拉力进行应变传感实验,对比研究了两种材料的应变传感性能.结果 表明:两种合金材料在不同温度下的应变响应线性度均超过0.999;但随着温度的升高,两种合金材料的应变响应灵敏度有下降趋势,重复性降低,迟滞增大,温度影响弹性材料的应变传感性能;在30～250℃温度范围内,用试制的铌基恒弹合金材料封装的传感器在重复性、迟滞、线性拟合度和灵敏度稳定性方面均优于奥氏体不锈钢材料封装的传感器.因此试制的铌基恒弹合金可用于宽温域FBG传感器的弹性封装材料.     

CO2激光写入旋转折变型长周期光纤光栅的制作及理论分析

提出了一种光纤横截面折射率变化呈旋转非对称变化的长周期光纤光栅(R-LPFG) 结构,并利用多层圆波导理论和横截面折射率离散分析方法,结合模式耦合方程组和数值求解方法理论分析了这种光栅的模式耦合特征.理论分析表明R-LPFG纤芯基模主要与一阶非对称包层模发生耦合,当光栅旋转度逐渐变大时,R-LPFG基模会与一阶非对称包层模的奇模和偶模同时发生耦合,这就会使原来单一的谐振峰逐渐分裂成双峰,这是常规光栅类型所不具有的透射谱特征.由于R-LPFG的双峰来自同一对耦合模式,它们对温度的响应很相似,因此可利用双峰间距来进行无需温度补偿的扭曲、应变等物理量的测量.最后利用高频CO2激光脉冲写入法制作了这种光栅,并实验研究了这类光栅的传输谱演变特征,实验结果和理论分析一致.可以预见,这类光栅在光纤传感或通信中将具有较大的潜在应用价值.     

紫外写入光纤光栅应变传感特性研究

采用紫外写入光纤Ｂｒａｇｇ光栅研究其应变传感特性。光纤光栅要借助外界应力引起轴向应变和折射率变化造成光栅Ｂｒａｇｇ反射波长移动。在温度２０℃,利用波长在４００￣１８００ｎｍ范围色散的光谱仪并用ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ ＥＬＤ作宽带光源,从实验上测量了光纤光栅的应变与Ｂｒａｇｇ反射波长间的关系,结果表明Ｂｒａｇｇ反波长移动与光纤光栅外界应力变化在１５５．４￣１５６．８ｎｍ波长范围呈线性。外界应力引起的     

长周期光纤光栅传感器温度和应变灵敏度分析

从耦合模理论出发,分析了长周期光纤光栅的温度和应变灵敏度.结果表明,长周期光纤光栅的温度和应变灵敏度不仅与光栅周期和纤芯参数有关,还强烈依赖于包层参数.通过选择适当的参数,可以制成对温度(或应变)不敏感的应变(或温度)长周期光纤光栅传感器,从而可以解决光纤光栅传感器的温度和应变交叉敏感问题.同时,利用基模与不同包层模耦合时温度和应变灵敏度的不同,可以用一根长周期光纤光栅传感器同时测量温度和应变.     

光纤光栅温度与轴向应变响应机制分析

本文对温度和轴向应变对长周期光纤光栅和Bragg光纤光栅耦合波长的影响机制作出分析,通过有代表性的举例计算数值给出了各因素对耦合波长的影响,指出轴向应变对耦合波长的影响除了来自光弹性效应带来的光纤折射率的改变外,光纤半径的变化,特别是光栅周期的改变也起重要作用.对比分析找到了长周期光纤光栅与Bragg光纤光栅温度,应变响应系数数量级异同的原因.     

半导体微结构物理效应及其应用讲座第1讲布拉格衍射效应在半导体光电子器件中的应用与发展

文章对布拉格衍射效应在半导体光电子材料和光电子器件，特别是在光纤通信中的光电子器件的应用和发展进行了详细的介绍．文中以布拉格光栅衍射效应的光反馈和选模功能为主线，逐一介绍了X射线双晶布拉格衍射技术在半导体材料、特别是在量子阱和应变量子阱超薄层晶体生长和质量控制方面的作用，介绍了内建布拉格光栅对光通信用光信号源的发展所起的重要作用，波导光栅在复用和解复用过程中的作用，以及光纤布拉格光栅在全光纤通信系统中的应用及发展等．     

含耐高温涂覆层长周期光纤光栅的温度特性研究

利用逐点写入法在耐高温光纤中用红外飞秒激光直接写入了长周期光纤光栅,研究了光栅的高温温度特性,并做了理论分析.通过对含耐高温涂覆层的长周期光纤光栅进行20 ℃~300 ℃的温度传感实验,结果表明：在高温段光栅的谐振波长漂移量与温度之间仍能保持大的灵敏度（0.060 5 nm/℃）和好的线性度,且光纤耐高温涂覆层不受破坏,光纤耐高温涂覆在高温下不会出现碳化现象,光栅传感性能良好.实验证明该方法制作的光栅适合于长期在高温环境下使用,应用价值巨大.     

Hydrogen loading for fiber grating writing with a femtosecond laser and a phase mask

The threshold for the fabrication of fiber Bragg gratings with ultrafast 800-nm radiation and a phase mask was studied in SMF-28 and all-silica core fiber by use of 125-fs pulses. High-pressure molecular hydrogen loading (H2 loading) was observed to significantly lower the grating writing threshold in standard Ge-doped telecommunication fiber. No reduction was observed with all-silica core fiber. The index change appeared to be confined to the Ge-doped core region of the fiber. Gratings in H2-loaded SMF-28 had thermal annealing behavior similar to UV-induced gratings. Unlike UV-induced H2-loaded gratings, no absorption associated with Ge-OH defect formation was observed.     

Fabrication of long-period fiber gratings by twisting a standard single-mode fiber

A new method of fabrication of long-period fiber gratings by twisting of a standard single-mode fiber at high temperature is presented. The method relies on the fact that there always exists some core-cladding eccentricity in the optical fiber. Therefore, when the fiber is twisted, its core follows a helicoidal path inside the cladding. The transmission spectrum of the helicoidal long-period fiber grating that is produced contains several dips that correspond to resonances with the fiber cladding modes.     

一种新的长周期光纤光栅制作方法

提出了长周期光纤光栅的一种新的制作方法,通过对光纤周期性刻槽并加热拉伸引入纤芯形变,而使得纤芯折射率产生周期性变化。文中给出实验结果,并对其基本原理进行了理论分析。这种长周期光经行光栅可应用于需要宽阻滞滤波器的波分复用系统。     

温度补偿的光纤光栅应力传感系统的研究

提出并实验了一种有温度补偿的用于测量应力的光纤光栅传感系统。该系统用一组光纤光栅作为温度传感元件 ,对另一组应力传感的光纤光栅作温度补偿 ,有效地消除了由于温度变化而带来的应力测量误差。用一个应变仪作为系统的读出设备 ,使系统的测量结果的线性拟合度达 0 999。     

Design of fiber Bragg grating-based Fabry–Perot sensor for simultaneous measurement of humidity and temperature

A new sensor for simultaneous measurement of humidity and temperature is proposed. The sensor consists of Fabry–Perot cavity formed by two identical uniform fiber Bragg gratings. To make the cavity serves as humidity sensor, moisture sensitive polymer, which is polyimide, is coated on the FBG and on the cavity with different thickness. When the sensor is exposed to the relative humidity change, the polyimide will expand and stretch the fiber and induces strain on the FBG and on the cavity. The induced strain alters the grating period, cavity length and effective refractive index of fiber. The simulation results show that the humidity sensitivity and thermal sensitivity are 1.92 pm/%RH and 8.87 pm/°C, respectively, for polyimide coating thickness of 10 μm on the FBG and 15 μm on the cavity.