雙周期光纖光柵傳感器原理及工程應用

于慶革 南 錕

0 引言

自從加拿大通信研究中心的Hill等人在1978年首次利用駐波法在摻鍺光纖中研制出第一個永久性的可實現反向模式間耦合的光纖布拉格光柵后[1]，光纖光柵技術得到了廣泛的重視并展開了深入的研究。最后形成兩大基本結構——光纖布拉格光柵(FPG)和長周期光纖光柵(LPFG)。在這兩種光柵的基礎上，人們先后研制出了很多具有特殊結構的光柵。其中以光纖光柵為敏感元件的光纖傳感器正成為復用型傳感器市場中新興的重要成員[2]。

布拉格光柵(FPG)可用于測量光纖周圍介質的溫度、應力和折射率等多個參量的變化，但是它有解調技術復雜且所需采用的化學腐蝕技術會降低光纖的強度破壞光纖結構的完整性等缺點以及應變溫度的交叉靈敏問題。長周期光柵是近幾年隨光纖光柵的研究而發展起來的一類特殊光柵。它的出現簡化了FPG型傳感器的信號解調技術，制造較為簡便。FPG，LPFG的基模和包層模在耦合時，溫度和應變的靈敏度不同，因此易于復用。本文將對復合型傳感器理論及其在工程檢測中的應用進行簡要介紹。

1 光纖光柵的傳感原理

根據光纖耦合理論可知，滿足反射條件的諧振波長λB表達式為:

其中，neff為纖芯的有效折射率;Λ為光纖光柵折射率變化周期。對式(1)進行微分可得:

可知neff和Λ二者的變化都會使中心波長λB產生“波長飄移”，而neff和Λ與作用在光柵上的應變和溫度相關[3-5]。因此光纖光柵存在著溫度和應變的交叉敏感問題。……