光纖光柵傳感器及其應(yīng)用

廖光萌，何建新，朱玉琴，王莞

（西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039）

1978 年，Hill 等[1]通過(guò)駐波法在摻鍺石英光纖上寫(xiě)入光柵，制作了世界上第一只能夠?qū)崿F(xiàn)反向模式耦合的光纖光柵，從此打開(kāi)了光纖光柵應(yīng)用的大門(mén)。1996 年，Bhatia 等[2]首次將光纖光柵引入傳感領(lǐng)域。之后，隨著光纖光柵傳感技術(shù)的快速發(fā)展，光纖光柵傳感器逐漸成為各國(guó)研究學(xué)者的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，并在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、石油化工以及土木工程等領(lǐng)域的應(yīng)用中大放異彩。與傳統(tǒng)的電磁、壓電類(lèi)傳感器相比，光纖光柵傳感器表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。首先，光纖本身的材質(zhì)是基于玻璃纖維或聚合物材料，傳感部分也不涉及任何電磁元件，所以以光波作為信息載體的光纖光柵傳感器可以不被電磁干擾，在復(fù)雜電磁場(chǎng)環(huán)境下也能使用。其次，光纖光柵尺寸小、質(zhì)量輕，不易影響被測(cè)環(huán)境，且能夠嵌入到材料內(nèi)部對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另外，光纖光柵傳感器靈敏度高，周?chē)h(huán)境較小的擾動(dòng)變化都會(huì)引起光纖光柵物理參量的改變，從而引起光信號(hào)參量的改變。光纖光柵傳感器還可以實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量，在一根光纖中串聯(lián)多個(gè)光柵，對(duì)在光纖傳輸通道上的各個(gè)光柵隨時(shí)間變化的信息進(jìn)行測(cè)量和實(shí)時(shí)監(jiān)控，這就為工程化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

1 光纖光柵的原理

光纖光柵是一種用于實(shí)現(xiàn)纖芯模、包層導(dǎo)模以及包層輻射模之間模式耦合和波長(zhǎng)選擇的光纖器件，通過(guò)采用光刻和全息干涉等技術(shù)，使纖芯折射率產(chǎn)生周期性的調(diào)制，本質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)濾波器。……