双重光纤布拉格光栅的耦合理论分析

双重光纤布拉格光栅无论是在通信领域还是在传感领域都有着重要的应用价值。在分析双重光纤光栅折射率扰动特征的基础上,得出了它的耦合方程,并采用数值计算方法,对它的光谱特性及影响光谱特性的因素进行了系统的分析,重点讨论了两个光栅的关联特性,所用的分析方法和得到的结果对双重光纤光栅的制作和应用具有参考价值。     

级联光纤布拉格光栅光谱特性研究

从耦合模理论出发,用传输矩阵的方法数值模拟分析了二级联、三级联的光纤布拉格光栅的反射谱和透射谱特性,实验测得的结果与理论模拟的结果基本吻合.     

横向衍射技术测量光纤光栅的特性

提出了一种用Ｈｅ－Ｎｅ激光侧面照射光纤光栅，从另一侧探测光栅的布拉格衍射效率来测量光纤光栅光谱特性的技术，并用该技术测量了光栅的折射率变化的分布。     

布拉格光纤光栅热稳定性研究

分析了布拉格光纤光栅纤芯折射率和光栅反射率随温度和时间变化的规律，应用有关模型提出了加速衰变的概念，并由此建立了相关退火工艺。利用衰变曲线可预测光栅在给定时间和温度下的特性，理论和实验结果相吻合。     

多层光纤布拉格光栅的理论与实验研究

从理论和实验两方面研究了在非周期性多层光纤上写入布拉格光栅的光学特性。从耦合模理论出发,讨论了光纤具有多于一个光敏层的情况。在实验室自制的两类多层光纤上写入光栅的实验也表明,该类光栅具备有一般光栅的普遍光学特性,说明在使用多层光纤作为关键部分构建器件时,需要的各类光栅部件能够通过直接在该类光纤上写入光栅实现。紫外光在氢载掺铒多层光纤上写入光栅的实验说明分层的异种元素掺杂将导致芯区应力增加,从而辅助提高光纤的光敏性。     

微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性研究

利用光纤布拉格光栅方程和光纤基模有效折射率随纤芯半径和环境折射率的函数关系, 建立了微纳光纤布拉格光栅(MNFBG)反射波长随环境折射率变化的数学模型, 给出了波长灵敏度函数, 并指出MNFBG反射波长的变化规律决定于有效折射率随纤芯半径和环境折射率变化的关系. 详细探究了有效折射率及其灵敏度的变化规律, 结果表明: 有效折射率随纤芯半径和环境折射率的减小而非线性减小, 其对环境折射率变化的灵敏度随环境折射率的增大而非线性增加, 而且随纤芯半径减小, 有效折射率的灵敏度、线性度以及线性响应范围均呈递增规律. 通过对纤芯半径为0.5 μm的MNFBG在1.20–1.30和1.33–1.43 环境折射率范围内的波长响应关系拟合, 分别获得了477.33 nm/RIU和856.30 nm/RIU的波长灵敏度以及99.58 %和99.7%的高线性度, 论证了分析结论以及折射率区间划分测量方案的正确性, 为MNFBG折射率传感器的设计、优化以及应用提供了参考依据. 关键词： 微纳光纤 光纤布拉格光栅 折射率传感 数值模拟     

长周期光纤光栅的折射率敏感特性

利用光波导的耦合模理论分析了长周期光纤光栅(LPFG)的折射率传感特性,给出了LPFG 的谐振波长相对于环境折射率变化时的漂移量解析表达式.对 LPFG 的折射率传感特性进行了数值模拟.结果表明:在光栅周期不变的情况下,当包层折射率小于且接近外界环境折射率时,波长的漂移量增大,且对应的模次越高、包层半径越小、包层折射率越小,波长漂移量越大,即 LPFG 对应于外界折射率传感灵敏度得到显著提高;当外界环境折射率大于包层折射率时,光栅的谐振波长将近似不变.     

长周期光纤光栅谐振波长的特性研究

研究了长周期光纤光栅谐振波长与光纤参数及光栅周期的变化关系,发现高阶包层模与低阶包层模具有完全不同的特点,在各种参数变化时两者的谐振波长向相反的方向移动。通过实际制作周期分别为１００μｍ和４００μｍ的光栅证实了这种差别。得到了一些有益于长周期光栅设计和制作和结论。     

光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的特性研究

将光纤光栅的傅里叶模式耦合理论应用于光纤布拉格光栅型全光纤声光调制器的理论分析中. 与现有的分析方法相比, 该模型算法简单、 求解容易, 能够快速有效地获得调制器的传输特性. 基于该模型, 理论分析了超声波频率及声致应变幅度对调制器特性的影响. 仿真结果表明, 该调制器反射谱的主反射峰与次反射峰的波长间隔与超声波频率成正比, 反射峰的反射率随着声致应变幅度的改变而发生周期性的变化. 另外, 在同一声致应变幅度下, 低频超声波调制的光栅反射中存在更多的次反射, 光栅反射能量的周期性变化更加明显. 实验中, 使用频率为885.5 kHz的超声波对光纤布拉格光栅进行调制. 实验结果与仿真结果相一致.     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

光栅子结构对光纤光栅特性的影响

用传输矩阵法对具有不同参数的λ／４移相结构，多节λ／４移相结构，有效折射率调制结构，耦合系数调制结构和“缝合”误差结构等五种光栅子结构进行了数值模拟计算，模拟结果解释了作者研制的均匀光纤光栅，相移光纤光栅的传输谱，也验证了其他研究小组发表的实验结果，通过对各种结构的系统研究了，提出了一些新的利用光纤光栅的设想。     

光纤光栅传感器的波长检测系统及其理论分析

理论分析并实验研究了基于光纤光栅滤波调谐技术的光纤光栅传感系统。分析了由于光源光强度波动及光纤扰动而引起的波长测量误差，并给出了减小测量误差的方法。该系统采用应变仪作为读出设备，使测量结果的线性拟合度达0．9995，测量光纤光栅布拉格波长移动的最小分辨率为1．3pm。     

双锥型光纤布喇格光栅光谱特性

利用传输矩阵法和有限元法分析了光栅周期、调制深度、锥腰直径和不同设计区段长度比等光栅制作参量和结构设计参量对双锥型光纤布喇格光栅光谱特性的影响.软件仿真结果表明:限定相关参量后,光栅周期增大,双锥型光纤布喇格光栅整体反射谱右移,与均匀分布光纤布喇格光栅光谱变化规律一致;调制深度增强,两主反射峰基本不变,而两主反射峰中间的次级峰个数增多,光强增大;锥腰直径减小,激发更多包层模,干涉峰个数增多,强度提升;整根光栅长度保持1cm不变,锥腰区,标准光栅区和渐变光栅区长度比直接影响次级峰的数量和幅值,随着渐变光栅区长度占比的增大,次级峰的幅值增大,同时个数减少.双锥型光纤布喇格光栅可在多参量传感器、多通道滤波器、多通道半导体激光器、色散补偿和光上下载分插复用等方面广泛应用.     

Simultaneous Measurement of Temperature and Refractive Index of Liquid Using Cladding-Etched Double-Core Fiber Bragg Grating

Abstract

This study proposed and demonstrated a fiber Bragg grating sensor for simultaneous detection of the temperature and refractive index of a liquid. The fiber Bragg grating is composed of three index layers: an inner core, an outer core, and a cladding. The cladding was etched for evanescent wave coupling between the outer core mode and an external liquid. The Bragg wavelength of the inner core mode is used for obtaining temperature data, while the refractive index for the liquid was determined by using the difference between the Bragg wavelength of the inner core mode and that of outer core mode.     

用一根光纤光栅实现温度与应变的同时测量

报道了一种用一根光纤光栅实现温度与应变同时测量的新方案。用于同时传感温度与应变的光纤光栅写于两种不同光纤的连接处,本身具有两个反射峰。将其中半个光栅粘于热膨胀系数较大的基底材料上,这样,两个反射峰便具有不同的温度及应变响应,由此实现温度与应变的同时测量。     

Fabrication of Dual-Wavelength Fiber Bragg Grating with a Longitudinal Stretch

A method of fabricating dual-wavelength fiber Bragg grating with a uniform phase mask is demonstrated. Theoretical analysis and numerical simulation using Matrix method are given. The moving exposing technique is adopted. Good control over the grating’s reflectivity and the separation of the two Bragg wavelengths is enabled by adjusting the stretch, the length of the grating, and the exposure. A grating with two equal transmission peaks of 19.5 dB is obtained by using this method, and the separation of the two Bragg wavelengths is 0.78 nm. Translated from Chinese Journal of Quantum Electronics, 2005, 22(1) (in Chinese)     

光纤光栅电流传感器

基于悬臂梁技术 ,分析并验证了光纤光栅用于电流传感的可能性。采用等腰三角形悬臂梁确保光栅在传感过程中不出现啁啾现象 ,从而减小读数误差。系统传感灵敏度为 4 0 0× 10 - 2 nm A ,与预期值 4 15× 10 - 2 nm A基本吻合。     

基于闪耀光纤光栅的折射率传感技术实验研究

提出了一种基于闪耀光纤光栅传感技术的折射率测量新方法,即采用SLED作为光源,通过检测闪耀光纤光栅透射谱强度实现折射率的测量.实验证明,当环境折射率在1.372 3~1.453 2之间变化时,闪耀光纤光栅透射功率从0.611~0.472 mW线性下降,其灵敏度达到1.718 μW/（0.001折射率变化）.该检测方法具有结构简单、无需波长检测、灵敏度高、易于工程化等优点.     

基于高双折射光纤布拉格光栅的自动增益控制掺铒光纤放大器

掺铒光纤非均匀展宽引起的空间烧孔现象导致单波长激光并不能完全控制放大器增益,提出了一种新颖的自动增益控制掺铒光纤放大器的结构:即采用高双折射光纤布拉格光栅产生抽运光,其写制光栅的波峰对应的波长分别为1549.3 nm和1549.83 nm,波长间隔为0.53 nm。通过调整偏振控制器,就实现了单激光或双激光的增益控制。这种设计增益控制范围为40 nm(1530~1570 nm),当输入功率在-40~-15 dBm的动态范围内,双激光增益控制的掺铒光纤放大器的平均增益和噪声系数分别约为22.22 dB和8.69 dB,而它们的漂移分别被钳制在0.69 dB和1.51 dB。系统性能测试表明:双激光控制掺饵光纤放大器在稳定性方面比单激光有着明显的优势。