保偏光纤Bragg光栅传感特性的实验研究

基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术研究光纤布拉格光栅传感技术是利用光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）作为信号传输和反射元件，进行物理量或化学量测量的一种先进技术。

FBG传感器由于具有抗干扰、高灵敏度、低成本、便于集成等优点，被广泛应用于工业自动化、航空航天、海洋等领域。

近年来，随着机器学习技术的发展，基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术也进一步得到了发展和应用。

一、光纤布拉格光栅传感技术的优势光纤布拉格光栅传感技术具有以下几个优势：1. 高灵敏度：FBG传感器具有高灵敏度和高稳定性，能够对细微的物理量或化学量进行测量和监测。

2. 抗干扰：FBG传感器利用光学技术进行测量和反馈，免受电磁干扰影响，具有高抗干扰能力，能够在复杂环境下可靠地工作。

3. 低成本：传统的物理量或化学量测量方法需要昂贵的传感器和设备，而FBG传感器可以通过自制或批量化生产实现低成本生产，降低了生产和应用成本。

4. 便于集成：FBG传感器可以通过光纤技术与其他设备进行集成，实现多个传感器的同时监测和反馈，提高了生产效率和精度。

二、基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术的发展基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术是将机器学习技术应用于光纤布拉格光栅传感技术中，将传感器测得的数据通过算法和模型进行学习和处理，实现对物理量或化学量的精准预测和监测。

近年来，随着机器学习技术的发展和FBG传感器的应用范围的不断拓展，基于机器学习的光纤布拉格光栅传感技术也得到了快速发展和应用。

1. 监测结构健康光纤布拉格光栅传感技术可以用于监测结构健康状况，如桥梁、建筑物、大型机械等。

利用FBG传感器监测结构物的应力、挠度、变形等物理量，并将数据传输到机器学习算法中进行学习和处理，可以实现对结构健康状况的预测和监测。

2. 监测环境污染光纤布拉格光栅传感技术还可以用于监测环境的污染状况，如大气污染、水质污染等。

利用FBG传感器监测环境参数的变化，如气体浓度、水质指标等，并将数据传输到机器学习算法中进行学习和处理，可以实现对环境污染状况的预测和监测。

光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究1光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究随着通信技术的不断发展，人们对高速、宽带、低衰减的光纤通信系统的需求越来越强烈。

在新型光纤通信系统中，光纤布拉格光栅逐渐成为一种广泛应用的光纤分布式传感技术。

本文将分析光纤布拉格光栅的传输特性，并通过实验验证分析结果的准确性。

光纤布拉格光栅是一种基于光纤中的光学衍射现象的光学器件。

在光纤中加入一定周期的光折射率折变结构，就能形成光纤布拉格光栅。

在光纤中传输的光波，经过布拉格光栅时，会出现衍射现象，产生反射、透射和反向散射，这些效应是产生传输特性的基础。

光纤布拉格光栅的传输特性主要表现在其反射光频谱和传输带宽两个方面。

反射光频谱是指光波经过光纤布拉格光栅后，由栅中反射的光波在谱域的表现。

反射光频谱可以通过反射率、衰减率、相位等参数来描述。

光纤布拉格光栅的反射带宽会随着栅体的折射率调制以及周期变化而发生变化。

而传输带宽则是指光波通过光纤布拉格光栅后的传输性能表现，其传输性能主要由栅体的反射率和传播损耗来决定。

传统的光纤布拉格光栅的制备方法主要有激光干涉、可调光束、干涉光阴影和相位掩膜等方法。

一般情况下，涉及到光纤布拉格光栅的应用，需要随时监测栅体的传输特性。

为了准确地监测光纤布拉格光栅的传输特性，通常采用光谱光学方法来进行反射光频谱的测量。

根据光谱光学方法，可以直接测量出光纤布拉格光栅的反射率和反射带宽，同时还能进一步计算出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。

为了验证理论分析的正确性，本文进行了一系列光纤布拉格光栅的实验研究。

实验采用了对光纤布拉格光栅进行反射光频谱的测量，并通过计算反射光频谱的反射率和反射带宽，得出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。

实验结果表明，本文理论分析的光纤布拉格光栅传输特性是可靠的，能够为光纤布拉格光栅在光纤通信系统中的应用提供有效的理论基础。

光纤Bragg光栅的光谱特性研究的开题报告
光纤Bragg光栅是光纤传感器中广泛应用的光学元件，其具有较高的成像分辨率和信噪比，因此被广泛应用于测量温度、应变和光谱等各种物理量。

本文旨在探究光纤Bragg光栅的光谱特性及其在光谱领域中的应用。

首先，本文将简要介绍光纤Bragg光栅及其基本原理，包括锥形光束干涉法、相位掩膜法和光子晶体法等。

然后，我们将系统梳理光纤Bragg光栅的光学特性，包括谐波产生、反射光谱和透射光谱等，重点研究光栅参数对反射谱和透射谱的影响，如光栅周期、折射率调制深度和长度等。

接下来，我们将探究光纤Bragg光栅在光谱领域中的应用，包括分光仪、光源稳定和激光频率锁定等方面，同时还将介绍基于光纤Bragg光栅的传感器设计及应用，如温度传感器、应变传感器和气体浓度传感器等。

最后，我们将总结光纤Bragg光栅的光谱学特性及相关应用的研究现状和进展，并提出未来的研究方向和挑战。

本文的研究将为光纤Bragg光栅的进一步应用提供有益参考，并对光纤传感器及光谱仪器的发展提供有益的借鉴作用。

光纤Bragg光栅特性的研究的开题报告一、研究背景光纤Bragg光栅是一种新型光学元件，具有很多优异的特性，如高的空间解析度、宽的带宽、易于制备等。

它可以被广泛用于光纤通信、传感技术、激光技术等领域。

因此，对光纤Bragg光栅特性的深入研究对于上述领域的发展具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在探讨光纤Bragg光栅的特性，对其制备方法进行改进，提高其性能，以及拓展其应用领域。

三、研究内容1.光纤Bragg光栅原理及特性：阐述光纤Bragg光栅的基本原理和结构，并分析其特性，如反射光谱特性、散射损耗、传输特性等。

2.制备方法改进：对光纤Bragg光栅的制备方法进行研究，提出新的制备方法，比较新旧方法的差异，以及对新方法的优化。

3.性能测试：对制备的光纤Bragg光栅进行性能测试，比如测试其反射光谱、散射损耗、辐射损耗等，确定其最佳应用范围。

4.应用拓展：研究光纤Bragg光栅在通讯、传感器等领域的应用，探讨其应用拓展的可能性。

四、研究方法1.文献研究法：主要针对光纤Bragg光栅的原理和特性进行文献搜集，阅读、摘录、归纳、总结相关文献。

2.实验方法：结合实际情况，根据文献研究中提到的制备方法，制备光纤Bragg光栅，进行性能测试。

3.数学方法：运用数学理论和方法，对实验结果进行数据分析、数据处理和统计分析。

五、研究意义本研究将更深入地了解光纤Bragg光栅的特性，为其未来的发展提供基础支持。

改进光纤Bragg光栅的制备方法，提高其性能，使之更加适用于相关领域的需要。

同时，对光纤Bragg光栅的应用进行探讨，拓展其应用范围，推动其广泛应用。

六、研究进度安排1.前期准备：文献搜集、研究计划编写，时间为两周。

2.实验制备：光纤Bragg光栅的制备、性能测试，时间为四周。

3.数据处理分析：对实验结果进行数据处理和统计分析，时间为两周。

4.论文撰写：将实验结果及分析结论进行汇总、整理、修改，撰写研究报告，时间为四周。

光纤布拉格光栅压力传感特性论文：光纤布拉格光栅压力传感特性实验研究摘要：压力参数测量是油藏动态监测一个重要指标。

设计一种悬臂梁结构，在室温下对光纤Bragg光栅压力传感特性进行研究。

实验结果表明，粘贴在三角形弹簧钢片上的光纤光栅中心波长和微位移调节器的位移量之间呈非常好的线性关系,4次实验测量数据拟合的R2最小值为0.9985；4次测量的重复性较好,拟合的灵敏度相差很小。

调谐系统的灵敏度与悬臂梁长度、厚度以及光纤光栅的粘贴位置有关。

增大梁的厚度,减小梁的长度,使光纤光栅尽可能接近悬臂梁固定端,均可以有效地提高系统的灵敏度。

关键词：光纤布拉格光栅压力传感特性实验研究中图分类号: TN253 文献标识码：A文章编号：1007-9416（2011）05-0173-021、前言光纤布拉格光栅作为一种新型的传感器件，在压力（应变）参数监测方面具有其他传感器件无法比拟的优点。

生产测井是测井技术的重要内容之一,通过对生产井测井数据进行分析,可以了解整个油区的开发状态,从而调整、优化油田开发、生产方案,提高原油采收率[1-7]。

目前用于动态监测的生产测井技术主要是电子测量仪器,自身存在很多不足,如井下电子部件长期工作漂移问题、可靠性问题；每次测量时生产井必须停产；井下作业和生产成本过高；测量数据不能实时、在线、准确地反映井下动态情况等。

光纤Bragg光栅传感技术除了能很好地弥补这些缺点外,还具有传输损耗小,抗腐蚀、抗电磁干扰、可组网、在一跟光纤上就可实现实时、在线、分布式测量等优点,非常适合用于生产井中测量井下各种参数（温度、压力、流量、应变等）,能够为油田的动态监测提供一种有效的技术手段。

本文设计一种悬臂梁结构，对光纤布拉格光栅压力（应变）传感特性进行研究。

2、实验方法采用悬臂梁与光纤光栅相结合的方法来进行应变传感特性测试（图1）。

它是一端固定,另一端自由的梁结构,设梁的厚度为h,长度为L,则当梁的自由端发生位移f（可由微位移调节器来控制读数）时,粘贴在悬臂上的光栅将发生拉应变或压应变,根据材料力学的原理,可以推导出光纤Bragg光栅波长移动量与梁的自由端位移f的关系[8-11]显然,从上式中可以看出,光纤光栅波长移动量与悬臂梁自由端位移f成线性关系,通过测量悬臂梁自由端位移的大小,即可得到光栅波长移动量,如果将悬臂梁自由端与待测物相连,可通过测量Bragg波长移动量来确定待测物位移的大小,从而达到对光栅进行调谐的目的。

光纤Bragg光栅应变检测技术研究的开题报告一、选题背景及意义光纤传感技术已成为现代工程领域中不可或缺的一种技术手段，广泛应用于各种工程领域。

其中，光纤Bragg光栅传感技术是应变、温度等物理量传感的重要技术之一。

该技术采用光纤反射型光栅，将光波反射并形成峰值，通过对Bragg波长的测量，能够实现对光纤所受应变、温度等物理量的测量。

本课题将研究光纤Bragg光栅应变检测技术，结合光纤激光器技术、光谱学等相关领域的研究成果，将通过理论计算和实验研究，提高光纤Bragg光栅传感技术的精度和稳定性，为未来的科学研究和工程实践提供有效的技术支持。

二、选题研究内容本课题的研究内容主要包括以下几个方面：1. 光纤Bragg光栅原理及应变传感机理研究：研究光纤Bragg光栅的成像原理、波长选择与调谐原理，并对光纤Bragg光栅应变传感机理进行深入研究。

2. 光纤Bragg光栅检测系统设计与构建：设计并构建光纤Bragg光栅检测系统，在保证系统稳定性的前提下，提高系统检测精度。

3. 光纤Bragg光栅应变传感性能实验研究：通过实验研究，掌握光纤Bragg光栅应变传感器的传感性能，包括传感器灵敏度、分辨率、可重复性、稳定性等指标，并对其进行分析和评价。

三、技术难点及解决方法本课题的技术难点主要包括以下几个方面：1. 光纤Bragg光栅传感器自身温度漂移问题：在光纤Bragg光栅传感器的应用中，系统内部产生的温度和机械应力等因素会导致传感器的波长产生漂移，影响传感器的测量精度和稳定性。

解决该问题需要对传感器的波长漂移规律进行研究和分析，并设计出解决该问题的技术手段。

2. 光纤Bragg光栅传感器读取系统的精度问题：传感器读取系统的稳定性和精度直接影响了传感器的测量精度。

为解决该问题，需设计并构建检测系统，提高系统检测精度并减小误差。

3. 光纤Bragg光栅传感器的制备工艺问题：制备工艺的优劣会直接影响传感器的成像效果和稳定性。

光纤Bragg光栅温度传感器温敏实验【摘要】油气田生产测井一个重要任务是测量温度参数。

而由于光纤bragg光栅温度传感器的固有优点，是最热门的油气井下常规温度传感器的潜力替换产品。

将光纤光栅用少量环氧树脂胶粘贴于膨胀系数和光纤相等的特殊材料上，制成温敏元件。

根据油气井下温度的范围，设计了35-105℃裸光纤bragg光栅温度传感特性实验，采用精度±1℃的温控箱进行加热，每隔10℃测量一点，每点温度间隔至少15分钟，无论是温度上升还是下降，温度和中心波长的线性关系都很好，上升时r2=0.9999，下降时r2=1；另外，上升时光栅灵敏度为10pm/℃，下降时光栅灵敏度为9.8 pm/℃，与理论相差很小，说明所封装的温度传感器在35～105℃的工作温度范围内性质稳定，可用于实际油气井动态温度监测。

【关键词】光纤光栅温度传感特性封装1 前言光纤bragg光栅由于其在温度参数测量方面固有的优点，越来越受到业内专家的重视[1-4]。

本文设计了一种光纤bragg光栅温度传感器，对其在35～105℃温度条件下的进行温敏实验。

2 光栅结构及传感原理利用紫外激光的干涉条纹在一定范围内照射具有光敏性的光纤，可使该段光纤纤芯的折射率发生永久周期性的改变，形成光纤bragg光栅。

bragg光纤光栅从本质上来说相当于一个窄带滤波器，当具有一定波谱范围的入射光传输到光纤bragg光栅时，光栅就会把满足bragg条件的、且被外界环境参量（如温度、压力、应力、流量等）调制过的入射光反射回来，通过对反射光谱进行解调，即可获得所需（压力、温度）信息，其结构如图1所示。

3 温度传感器封装结构本次实验选用的基底为圆形，材质采用膨胀系数和光纤相等的特殊材料，长度10cm，直径3cm。

为了使裸光栅能更好地和基底接触，受热均匀，可在圆形基底上划一个3mm深，1mm宽的小槽，裸光纤bragg光栅用少量环氧树脂胶均匀粘贴在凹槽内。

在对温度传感器封装过程中，应对裸光纤光栅施加适当的预应力，并适当加热，防止光纤光栅因胶凝固使中心波长减小。

一、实验目的本次实验旨在了解光纤光栅传感技术的基本原理、工作过程以及其在实际应用中的重要性。

通过实验，掌握光纤光栅传感器的制作方法、传感特性以及传感信号的处理技术，为后续研究光纤光栅传感器在相关领域的应用打下基础。

二、实验原理光纤光栅传感器是一种基于光纤布拉格光栅（FBG）原理的新型传感器。

当外界物理量（如温度、应变、压力等）作用于光纤光栅时，光栅的布拉格波长会发生相应的变化，从而实现物理量的测量。

三、实验仪器与材料1. 光纤光栅传感器实验装置2. 光纤光谱分析仪3. 恒温水浴箱4. 拉伸机5. 氧化铝薄膜四、实验步骤1. 光纤光栅传感器的制作（1）将一根单模光纤切割成一定长度，并利用氧化铝薄膜对光纤进行腐蚀，形成光纤光栅。

（2）将制作好的光纤光栅固定在实验装置上，并进行封装。

2. 温度传感实验（1）将光纤光栅传感器放入恒温水浴箱中，分别设置不同的温度，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

（2）分析温度与布拉格波长之间的关系，绘制温度-波长曲线。

3. 应变传感实验（1）将光纤光栅传感器连接到拉伸机上，施加不同大小的应变，记录光纤光谱分析仪输出的布拉格波长。

（2）分析应变与布拉格波长之间的关系，绘制应变-波长曲线。

五、实验结果与分析1. 温度传感实验实验结果显示，随着温度的升高，光纤光栅传感器的布拉格波长发生蓝移，且蓝移量与温度呈线性关系。

通过拟合曲线，得到温度-波长关系式：$$\Delta\lambda = aT + b$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$T$为温度，$a$和$b$为拟合参数。

2. 应变传感实验实验结果显示，随着应变的增大，光纤光栅传感器的布拉格波长发生红移，且红移量与应变呈线性关系。

通过拟合曲线，得到应变-波长关系式：$$\Delta\lambda = c\epsilon + d$$其中，$\Delta\lambda$为布拉格波长变化量，$\epsilon$为应变，$c$和$d$为拟合参数。

光纤Bragg光栅压力传感器的研究的开题报告一、选题背景和意义随着现代工业的进步，对于压力传感器的需求日益增加。

传统的压力传感器通常采用电阻应变，压电效应等原理进行测量，这些传感器在使用过程中经常出现灵敏度损失、温度漂移等问题，因此在一些高精度、高可靠性、高耐用性的领域中，其应用较受限制。

因此，研究一种新型、高性能的压力传感器，具有非常重要的意义。

光纤Bragg光栅压力传感器因其具有高灵敏度，宽测量范围，温度补偿等特点，成为一种研究热点。

其基本原理是利用光纤Bragg光栅，通过受力物体所产生的应力而改变光栅的布拉格波长，从而实现对压力的测量。

二、研究目的和内容本研究的目的是以光纤Bragg光栅为基础，研究开发一种新型的压力传感器，达到高精度、高灵敏度，同时具有较高的可靠性和测量范围。

该传感器具有广泛的应用前景，可以用于汽车、建筑、水利、高速公路等领域。

主要内容包括：1、对光纤Bragg光栅的基本原理进行理论分析和探讨；2、了解和分析相关的现有技术和设备，为本研究提供参考；3、设计与制造光纤Bragg光栅传感器，测试和分析其性能，并比较与现有压力传感器的差异；4、对测量误差的预估和校正进行研究，实现更精确的压力测量。

三、研究方法1、对光纤Bragg光栅的原理进行深入探究，建立数学模型；2、采用ADAMS、ANSYS等仿真软件进行虚拟实验；3、开发、制造并测试第一代光纤Bragg光栅压力传感器，获取相关数据，并进行分析；4、设计和制造新的传感器，并对其性能进行评估。

四、研究进度本研究计划周期为12个月，具体进度安排如下：1—3个月：完成光纤Bragg光栅的理论分析和仿真研究；4—6个月：制造并测试第一代传感器；7—9个月：设计和制造新的传感器，并对其性能进行评估；10—12个月：开展误差校正及性能改善研究，撰写论文。

五、预期成果及贡献本研究预期成果为：1、建立一种新型的、高精度、高灵敏度的压力传感器；2、分析和探究该传感器的基本原理和性能，为传感器领域的进一步研究提供有意义的参考信息；3、为汽车、建筑、水利、高速公路等领域的安全和可靠性做出贡献。

光纤Bragg光栅传感技术在快速应变测量中应用的研究的开题报告1. 研究背景和意义随着科技的发展，快速应变测量技术被广泛应用于各个领域，如机械制造、航空航天等。

然而，传统的传感器在测量快速应变时存在测量时间长、精度不高等问题。

因此，需要借助先进的传感技术来解决这些问题。

光纤Bragg光栅传感技术是一种基于光纤中的周期性折射率调制结构，可实现对光信号的测量与传输的技术。

其具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强等优点，因此在快速应变测量中具有广泛的应用前景。

本研究旨在探究光纤Bragg光栅传感技术在快速应变测量中的应用及其工作原理，为相关技术的研究与开发提供理论指导和实验基础。

2. 研究方法和途径本研究采用实验与理论相结合的方法，通过对光纤Bragg光栅传感技术的原理及其在快速应变测量中的应用进行综合分析与研究。

具体研究途径包括：（1）理论分析：对光纤Bragg光栅传感技术的原理进行理论分析，探究其在快速应变测量中的应用原理与优缺点。

（2）实验研究：在实验室搭建相应的光纤Bragg光栅传感技术实验系统，对其在快速应变测量中的性能进行实验研究，获取实验数据并进行分析。

（3）应用研究：基于实验数据对光纤Bragg光栅传感技术在快速应变测量中的应用进行深入研究，提出相关的应用方案和建议。

3. 研究内容和进度安排本研究主要包括以下内容：（1）光纤Bragg光栅传感技术的原理及其在快速应变测量中的应用（2）光纤Bragg光栅传感技术的实验研究（3）光纤Bragg光栅传感技术在快速应变测量中的应用研究计划于第1-2个月完成光纤Bragg光栅传感技术原理的理论分析；第3-4个月完成实验研究工作；第5-6个月进行应用研究和方案制定；第7-8个月完成论文撰写和论文答辩准备。

4. 预期成果和意义通过本研究，预计可以获得以下成果：（1）充分掌握光纤Bragg光栅传感技术的工作原理及其在快速应变测量中的应用优势与不足；（2）建立基于光纤Bragg光栅传感技术的快速应变测量实验系统，对其性能进行实验研究；（3）提出基于光纤Bragg光栅传感技术的快速应变测量应用方案和建议。

第 38卷第 6期 1999年 11月中山大学学报 (自然科学版ACT A SCIE NTI ARUM NAT URA LI UMUNI VERSIT ATIS S UNY ATSE NIV ol 138 N o 16 N ov 1 1999文章编号 :052926579(1999 0620034205光纤 Bragg 光栅及其光学特性测量Ξ傅思镜 , 梁丽贞 , 曹惠英 , 刘惠子 , 林晓霞(中山大学物理学系 , 广州 510275摘要 :光纤 Bragg 光栅的研究和应用已成为当前光通信国际热点技术课题 . 扼要介绍了光纤 Bragg 光栅的工作原理和主要光学特性 , 着重描述用实验室常用仪器测量其主要光学特性的方法 .关键词 :光纤 Bragg 光栅 ; 测量中图分类号 :T N 25; TP 391文献标识码 :AHill 等 [1]发现掺锗光纤的光敏 (光折变效应 , 随后 Meltz 等 [2]利用 244mm 紫外激光干涉从单模光纤侧面成功地写入 Bragg 光栅 . 此后 , 人们发现利用光纤Bragg 光栅可以更方便制作出性能更好的光纤激光器、光纤光放大器、光纤色散补偿器、光纤波分复用器等光纤功能器件 . 光纤光栅在当前国际新发展的全光纤集成通信系统中亦有明朗的应用前景 . 因此 , 光纤光栅倍受世人瞩目 . 普遍认为 ,掺锗 Bragg 光栅 (G DBG 的开拓是继掺铒光纤光放大器 (E DFA 之后光纤通信领域的又一重大技术突破 , 将成为光纤通信发展的又一个重要里程碑 . 它的研究和应用已成为当前一个全球性的热点技术课题 . 因此 , 了解光纤光栅的工作原理和主要光学特性 , 并掌握其主要光学特性使用实验室常用仪器的测量方法 , 对科技研究和教育部门 , 尤其对我国的高等学校具有重要的现实意义 .1光纤 Bragg 光栅工作原理及其主要光学特性由耦合模方程 [3]d z =-jK 12A 2exp (j Δβz , dz=-jK 312A 1exp (j Δβz (1A 1、 A 2分别为正反向传输波归一化振幅 , K 为耦合系数 . 其中 ,Δβ=β1+β2-l Λ(2 Λ为光栅周期 , l 为光栅级数, β1、β2是传播常数 , 对式 (1 两边进行微商 , 并代入边界条件A 1(0 =1, A 2(0 =0, d z =0,d z=jk 12A 2exp (-jBLΞ基金项目 :广东省自然科学基金 (960025 资助项目收稿日期 :1999202204作者简介 :傅思镜 , 男 , 1945年生 , 副教授 .式中, B =(β2+K 22 +(β1+K 11 -l Λ, 则可解得 A 1(z 、A 2(z . 所以两导模的归一化功率为P 1(z =|A 1(z |2=32( (B 2/4 sinh 2(G L +G 2cosh 2(G L P 2(z =|A 2(z|2=2222(B 2/4 sinh 2(G L +G 2cosh 2(G L(3 式中 , G =G +-=[K 12・ K 312±(B 2/4 ]1/2, G 的上下标 +、 -号表示光波沿正、反方向传输两种情况 . 当光栅结构适当 . 使Δβ=0, 即满足相位匹配条件时 , 两导模的功率变为 P 1(z =|A 1(z |2=sinh 2[|K |(z -L ]cosh 2[|K 12|L ]P 2(z =|A 2(z |2=2( sinh 2[|K 12|L ](4 P 1、 P 2的曲线如图 1所示 , 可以看出 , 坐标从 0变到 L , 正向传输模的功率 P 1(z 从最大值变到 0; 而反向传输模的功率 P 2(z 从 0变到最大值 . 这说明在耦和区内 , 正向传输模的功率被耦合到了反向传输模中.图 1反向传输导模之间耦合时两导模的功率分布Fig 11 The power distribution of tw o coupling guided modes由式 (4 可以得到满足相位匹配条件时的反射率满足R =P ( P 1(0 tanh 2πn L λB(5 其中, n 1=Δn/ n , 为调制折射率 , L 为光栅长度, λB 为 Bragg 波长 . 说明反射率是宗量为(│ K 12│・ L 的双曲正切函数的平方 . 只要光栅足够长 , 总可以使反射率 R =1, 显然在不满足相位匹配条件时 , 反射率会显著变小 . 在 Bragg 光栅反射滤波器中往往取正反向波传输常数相等 , 则由相位匹配条件可将式 (2 写为β=πl/Λ.将有效折射率N e =β/K 0代入 , 则得λB =2N e Λ/l(6 上式称为 Bragg 条件 , 满足这种现象的反射称为 Bragg 反射 , 此时的波长称为 Bragg 波长 , Bragg 光栅反射带宽可写为ΔλλB=S ・ n n 0+N (753第 6期傅思镜等 :光纤 Bragg 光栅及其光学特性测量对强光栅来说 S =1, 对弱光栅 S =015, N 为光栅周期数 . 因此一个均匀周期的光栅就可以反射以λB 为中心 , 带宽Δλ之内的一切波长 , 而变周期 (chirp 光栅可以制作宽带滤波器等 . 由式 (6 可知 , 改变光栅周期Λ和有效折射率 N e 均可以改变Bragg 波长 , 对 2个参量之一进行调制就可以制成 Bragg 光栅 . 由上述可知基本光栅性能 (特性参数设计要点为 :(1 中心反射波长λB =2n Λ, Λ=λ/(2sin θ , (对全息法 ;(2 最大中心反射率R =tanh 2(πn 1L/λB ;(3 反射带宽(FWHM Δλ=2nl Λ.2光纤 Bragg 光栅中心波长和反射带宽的测量211测量实验装置实验装置框图如图 2所示 .图 2测量实验装置框图Fig 12 Scheme of measurement set 2up212测量实验方法描述(1 选择 LE D 的发射光波带宽必须覆盖光纤 Bragg 光栅以λB 为中心的带宽范围 , 并使λB尽量落在 LE D 发射光波峰值波长附近 .(2 先将 LE D 尾纤输出端和光纤光栅两端光纤分别与光纤活动连接器 (跳线熔融接好 , 然后用法兰盘将 LE D 或光纤光栅相连接 . 光纤调节架夹住一根跳线的一端 , 使它对准单色仪输入端狭缝 , 而跳线的另一端插入法兰盘的一边 , 这样更换探测信号时就不影响调节好进入单色仪输入狭缝的光路 .(3 单色仪用刻线密度 600条 /mm 的近红外反射光栅替换紫外至可见波长的反射光栅 , 测量前先将单色仪波长转盘读数调在接近 LE D 发射波长低端 , 这时 W DG 50021型单色仪 (本实验用波长刻度盘读数乘 2就是所测近红外光谱波长值 .(4 斩波器斩波频率视探测器要求而定 . 例如用硫化铅探测器 , 斩波频率可选40~60 H z , 可获得较高的探测灵敏度 .(5 硫化铅探测器 , 其信号是电压型的 , 需要有合适的偏置电路 . 图 3是实验中设计的一种简单偏置电路 .(6 开启斩波器、偏置电路和锁定放大器 , 可从锁定放大器幅值输出显示器看到系统本身的噪声 , 根据它确定锁定放大器的灵敏度选择 , 同时也可清楚地看到 , 当开启 LE D , 有信号给锁定显示放大器时 , 幅值输出值明显减小 , 说明噪声得到有效的抑制 .(7 一般光纤 Bragg 光栅的反射带宽只有几个埃 (本实验用的Δλ=01272nm 或更小 . 因此测量靠近其中心波长λB 值 (本实验用的λB =15541032nm 时 , 要求每隔011 nm 读一个锁定放大器幅值输出值 .(8 发光二极管 LE D 输出光很弱 (本实验用的边发射 LE D 输出光功率在注入电流 60 mA 时只有30μW 左右 . 经过单色仪后输出最大只有几十 nW. 为了尽量提高探测灵敏 63中山大学学报 (自然科学版第 38卷度 , 要求信号输出功率最大限度进入探测器 . 可是115μm左右近红外光在我们视觉范围之外 . 因此 , 我们先用 He 2Ne 激光照射光纤调节架夹住那根光纤跳线的另一端 , 从单色仪输出狭缝可看到 He 2Ne 激光的输出光点位置 , 然后用探测器对准 , 这时光纤调节架夹住的跳线一端固定不动 , 另一端通过法兰盘方便地将 LE D 或 LE D 与光纤光栅替换He 2Ne 激光器进行测量.图 3探测器偏置电路Fig 13 The biasing circuit of photodetector3讨论311关于探测器的选择和使用探测器的波长响应范围与 LE D 发射波长带宽、光纤 Bragg 光栅带宽三者相吻合 . 本实验选择 PbS 作探测器 , 它的波长响应为018~312μm , 如 213(1 所述 , 后两者的带宽都落在这范围内 . 还可以选择锗探测器 , 它在1155μm 附近有相当高的量子效率 , 它的响应度约μA/μW 量级 , 是电流型的信号 , 可直接接光电检流计测量 , 或接线性放大器驱动记录仪测量 , 其缺点是暗电流较大 , 使测量系统噪声较大 .使用图 2测量装置 , 不论选择何种探测器都要求它有足够大的光敏面积和灵敏度 , 否则调节和分辨不同波长的响应就很困难 .312关于实验测量结果本实验测量结果与用深圳飞通光电技术有限公司的进口专用仪器测量的结果比较 , 如图 4所示.图 4测量结果比较Fig 14 The comparis on of measurement results(a 用实验室常用仪器测得的 LE D 发射光谱 ; (b 以 LE D 作光源的光纤光栅透射光谱 ;(c 用进口专用仪器测得的用 LE D 作光源的光纤光栅透射光谱图 4(a 、 (b 的光谱曲线是重复 5次测量取平均值拟合的结果 . 从图 4(b 、 (c 可见光纤光栅的中心波长λB 的值吻合得很好 , 而图 4(b 带宽略偏大 , 且图 4(c 带宽Δλ的针状朝下的尾峰在图 4(b 测不到 . 分析其原因 :①测量实验装置存在小于 (有时等于 0101mV 的系统本底噪声 , 使锁相放大器幅值读数跳变较快较大 , 难以准确判定该波长的输出幅值 ; ② W DG 50021型单色仪的波长精度是 011nm , 加上单色仪内部机械结构的影响 , 实验难以得到准确精确的波长值 ; ③实验用 MREDSP500122型 LE D 是普通 LE D 光源 , 受环境温度、注入电流的影响 , 它的输出功率会随时间有一定的变化 . 因此 , 进一步提高 LE D 光源的输出功率和稳定度 , 尽量减小单色仪出射狭缝宽度 , 并用微型计算机配合处理测量数据 , 使之在 011nm 内增加测量的次数 , 使用较好的数据拟合规律等等都将是进一步提高实验测量精度 , 使实验测量进一步迫近进口专用仪器测量结果的有效办法 .参考文献 :[1] HI LL K O , FU J II Y, JOH NS ON D C , et al 1Photosensitivity in optical fiber wave 2guides application to reflec 2 tion filter fabrication [J].Appl Phys Lett , 1978, 32:647~649.[2] ME LTZ G, M OREY W W , G LE NN W H 1F ormation of Bragg gratings in optical fiber by a transverse holograph 2 ic method [J].Opt Lett , 1989, 14(15 :823~825.[3]秦秉坤 , 孙雨南 . 介质波导及其应用 [M].北京 :北京理工大学出版社 , 1991. 118~196.Optical Fiber Bragg G rating and Its Characteristic MeasurementFU Si 2jing Ξ, LIANG Li 2zhen , C AO Hui 2ying , LIU Hui 2zi , LIN Xiao 2xiaAbstract :The operating principle of optical fiber Bragg grating and its main optical characteristics were introduced 1The experimental method of the optical measurement with usual laboratory instruments was described.K eyw ords :optical fiber Bragg gratings ; measurementΞDepartment of Physics , Zhongshan University , G uangzhou 510275, China。