一种新型长周期光纤光栅扭曲特性的研究_关寿华

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长周期光纤光栅高温传感特性

长周期光纤光栅高温传感特性关寿华;郑建洲;于清旭【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2008(030)005【摘要】为使温度传感应用范围更广、价值更大,分析了影响长周期光纤光栅温度特性的各种因素,用三束高频聚焦CO2激光脉冲对称写入法制备长周期光纤光栅,并对温度特性进行了实验研究.结果表明,在23~700℃变化范围内,谐振波长温度灵敏度随温度升高而增强,高温处温度灵敏度比低温处增强了约72%,而平均温度灵敏度约为0.11 nm/℃;峰值损耗对温度变化不敏感,在23~450℃范围内起伏不超过1.5dB,具有良好的高温稳定性和可重复性.基于这一良好的温度特性,此种长周期光纤光栅可以制成温度传感器,在高温传感领域有着较大的应用价值.【总页数】5页(P559-563)【作者】关寿华;郑建洲;于清旭【作者单位】大连理工大学,物理与光电工程学院,辽宁,大连,116024;大连民族学院,理学院,辽宁,大连,116600;大连理工大学,物理与光电工程学院,辽宁,大连,116024;大连民族学院,理学院,辽宁,大连,116600;大连理工大学,物理与光电工程学院,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TN253【相关文献】1.镀膜参数对长周期光纤光栅传感特性的影响 [J], 周容卉;2.镀膜双包层螺旋长周期光纤光栅传感特性 [J], 田丹丹;刘云启3.基于氧化石墨修饰长周期光纤光栅的传感特性 [J], 石胜辉; 王鑫; 赵明富; 吴德操; 罗彬彬4.倾斜长周期光纤光栅的折射率传感特性 [J], 王金豆; 葛海波; 李彩虹; 侯元萌5.长周期光纤光栅的制备与传感特性研究 [J], 李厚昶;廖云程;刘娟;刘彬;谢成峰;万生鹏;吴强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

应力长周期光纤光栅特性研究的开题报告

应力长周期光纤光栅特性研究的开题报告摘要：光纤光栅作为一种特殊的光纤传感器，具有在光纤线路中精确分布的透过率或反射率谱。

由于其具有高灵敏度、低损耗、不易干扰等优点，在生产、公共安全、环境监测等领域得到了广泛的应用。

然而，当前光纤光栅的研究仍然存在许多困难和挑战。

传统的光纤光栅对温度、应变等参数的响应是快速的，但是对于对这些参数的长周期变化的应答很难特别敏感。

因此，本开题报告提出一种基于光纤光栅的新型应力长周期光纤光栅传感器，能够对长周期应力变化非常敏感。

这种应力长周期光纤光栅将能够应用于桥梁、建筑、隧道等长期结构安全监测中。

本研究旨在研究应力长周期光纤光栅的特性，建立其应力变化与反射率谱之间的关系，并探究其在结构安全监测中的应用。

关键词：光纤光栅，应力传感器，反射率谱，长周期一、研究背景在目前的科技发展中，建筑、桥梁、隧道等基础设施结构安全监测备受关注。

这些工程结构的安全性直接关系到人民的生命财产安全。

然而，这些基础设施的结构安全的长期监测和数据采集成为当前工程建设和维护的难点之一。

这时，光纤光栅这种特殊的光纤传感器发挥了重要作用。

光纤光栅利用光纤耦合原理在光纤线路中分布精确的透过率或反射率谱进行传感，具有高精度、高灵敏度、低损耗、不易干扰等特点，可以实时监测结构物的变形、应变、温度等物理参数变化。

然而，目前光纤光栅的研究仍然存在一些问题。

现有的光纤光栅对温度、应变等参数的响应是快速的，但是对于对这些参数的长周期变化的应答很难特别敏感。

在结构安全监测中，由于需要对结构物的长期变化进行监测，因此需要一种能够对应力长周期变化非常敏感的光纤光栅。

因此，本研究提出了一种基于光纤光栅的新型应力长周期光纤光栅传感器。

二、研究目的本研究旨在研究应力长周期光纤光栅的特性，建立其应力变化与反射率谱之间的关系，并探究其在结构安全监测中的应用。

具体研究目标如下：1.建立应力长周期光纤光栅传感器的数学模型，分析其工作原理和特性。

长周期光纤光栅的制作与特性研究

长周期光纤光栅的制作与特性研究智能材料与结构是近年来在世界上兴起并迅速发展的材料技术的一个新领域。

智能材料与结构具有四种主要特性, 即敏感特性、传输特性、智能特性和自适应特性, 它代表着21世纪先进新材料发展的一个方向。

光纤传感器作为智能材料与结构理想的核心部件, 正在受到越来越多的关注, 而其中光纤光栅传感器是目前研究和应用的热点。

自从1995年A. M. vengsarkar等人在光纤中成功地写入长周期光纤光栅(Long-period Fiber Grating以下简称LPG)以来, LPG作为光纤器件在光纤通信和传感领域得到了越来越广泛的研究和应用。

已经证实LPG可以改进掺铒光纤放大器系统, 因此可以用作带阻滤波器和增益平坦滤波器, 另外它也可以用作温度和压力传感器, 还可以用作光纤光栅传感解调器。

LPG的独特之处在于其对包层的灵敏性, 这是LPG一个独一无二的特性, 它的这种包层灵敏性可以用来制作生物化学传感器。

为了能使LPG广泛的应用于光通信和传感领域, 本论文研究了LPG的制作、特性和其在光通信和传感领域的应用情况。

文章首先采用耦合模理论模拟了长短周期光纤光栅的光谱形状基础, 然后进行光纤的载氢增敏实验, 采用普通单模光纤, 经过载氢增敏, 利用振幅掩模法和逐点法制作出LPG, 并对其的传感特性进行了研究。

以三层阶跃折射率波导结构和耦合模理论为基础, 考虑到氢分子引起的折射率变化, 针对氢载LPG提出了一个简单的模型, 对LPG的退火进行了分析和模拟, 所得到的结果与实验符合得很好。

采用LPG实现了RTM工艺中的流动前沿监测。

实验研究了LPG在各种工艺条件下的光谱信号响应情况, 结果表明LPG能可靠地探测中-低纤维体积含量预成型体中的树脂流动前沿, 在高纤维体积含量情况中以及探测三维厚度方向不同深度的树脂流动前沿时的应用受树脂折射率的限制。

采用普通单模光纤设计制作LPG, 在此基础上, 普通单模光纤LPG的双折射效应进行了研究, 获得了很好的横向压力敏感性, 证明这种LPG具有极大的用作高灵敏度的光纤横向压力传感器的潜力。

长周期光纤光栅的弯曲传感特性

长周期光纤光栅的弯曲传感特性江柳清;胡义慧;江超【摘要】长周期光纤光栅是一种先进的光纤无源器件,在光纤传感领域中应用广泛.利用高频CO2激光刻写了长周期光纤光栅,进行了弯曲传感特性实验.实验结果表明:在圆周角度达到80°时和320°时弯曲灵敏度最高,在80°时弯曲量越大谐振波长越小,弯曲量与谐振峰波长变化呈线性关系.在圆周角度达到0°和160°时弯曲灵敏度最低,在160°时弯曲量变化时谐振峰波长基本不变.在0°~360°之间,弯曲量与损耗幅值变化均呈现一定的线性关系.因此,能够利用长周期光纤光栅制作高灵敏度弯曲传感器.【期刊名称】《湖北师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】5页(P30-34)【关键词】光纤光栅传感器;长周期光纤光栅;高频CO2激光;弯曲特性【作者】江柳清;胡义慧;江超【作者单位】湖北师范大学物理与电子科学系,湖北黄石 435002;湖北师范大学物理与电子科学系,湖北黄石 435002;湖北师范大学物理与电子科学系,湖北黄石435002【正文语种】中文【中图分类】TN253长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，无后向反射，在传感测量系统中不需隔离器，测量精度较高［1］。

与光纤布拉格光栅不同，长周期光纤光栅的光栅周期相对较长，满足相位匹配条件的是同向传输的纤芯基模和包层模。

这一特点导致了长周期光纤光栅的谐振波长和幅值对外界环境的变化非常敏感，具有比光纤布拉格光栅更好的温度、应变、弯曲、横向负载、折射率灵敏度［2－6］。

因此，长周期光纤光栅在光纤传感领域具有比光纤布拉格光栅和其他传感器器件更多的优点和更加广泛的应用。

利用长周期光纤光栅有多个损耗峰的特性，可以用一个长周期光纤光栅实现对多参数的测量［7］。

传统长周期光纤光栅传感特性的研究，都是基于紫外写入的光栅，随着一些新的长周期光纤光栅的出现，相应的传感特性的研究不断出现，特别是CO2激光写入的长周期光纤光栅的传感特性［8－10］。

长周期光纤光栅写入技术的研究

长周期光纤光栅写入技术的研究
关寿华;于清旭;宋世德;刘晓东
【期刊名称】《沈阳工业大学学报》
【年(卷),期】2005(027)005
【摘要】利用模式耦合理论对长周期光纤光栅的传输光谱特性进行了理论分析.基于Matlab软件通过编程进行仿真模拟,深入研究了长周期光纤光栅传输光谱特性与光纤光栅各参数之间的理论关系,总结出调节光纤光栅写入参数来控制长周期光纤光栅传输光谱特性的可行方法.一方面利用精密步进电机和高频CO2激光器,采用逐点写入技术,另一方面利用高频CO2激光脉冲对普通通信单模光纤进行曝光,对光纤纤芯折射率进行周期性调制,从而成功地进行了长周期光纤光栅的制备研究.【总页数】4页(P526-529)
【作者】关寿华;于清旭;宋世德;刘晓东
【作者单位】大连民族学院,理学院,辽宁,大连,116600;大连理工大学,物理系,辽宁,大连,116024;大连理工大学,物理系,辽宁,大连,116024;大连民族学院,理学院,辽宁,大连,116600
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.11
【相关文献】
1.基于AWG的耐高温长周期光纤光栅应变监测信号解调技术研究 [J], 华静;刘月明;何正炎;陈忠友;楼俊;刘涛
2.长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究 [J], 关寿华;宋世德;于清旭
3.长周期光纤光栅制备技术研究 [J], 魏仁选;何伟;王昌;姜德生
4.基于长周期光纤光栅的动态检测技术研究 [J], 周兵;梁大开;王彦
5.CO_2激光写入的长周期光纤光栅加速度传感器实验研究 [J], 史翠华;朱涛;饶云江;柯涛;徐敏
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一种新型结构长周期光纤光栅光谱特性研究

一种新型结构长周期光纤光栅光谱特性研究赵洪霞;程培红;鲍吉龙;王金霞【摘要】基于长周期光纤光栅( LPFG)包层有效折射率与包层半径、折射率和环境折射率的良好相关性,提出一种LPFG的新颖结构。

利用传输矩阵法和三包层光纤的色散方程对其建模,mathcad15计算软件进行数值仿真和模拟。

得到新型结构LPFG谐振峰发生分裂,即一个透射峰分裂为两个；两个分裂峰谐振波长间距随着腐蚀段包层半径的减小或填充材料厚度的增大而增加,模式越高增加越快；同时分裂峰间距在填充材料折射率小于1.4和大于1.48时基本不变,而在1.4和1.48之间分裂峰间距变化显著,在1.44附近达到极值。

此种结构LPFG设计上的特殊性即可弥补半腐蚀LPFG容易断的不足,又可通过填充敏感材料且利用分裂峰间距定标而提高气体或液体浓度传感灵敏度。

%A novel LPFG structure was proposed based on the excellent relation between effective refractive index of cladding,radius and refractive index of cladding and environment refractive index. A theoretical model was built using transmission matrix method and dispersion equation of three-layered fiber,and then numerical simulation was carried out by Mathcad15 software. The simulation results show that the resonance peak is divided into two peaks, and the gap between them is increased when decreasing the cladding radius of the etched section or increasing the thickness of the filling materials. The gap increase is more rapid for the higher order mode. Moreover, the gap between the divided peaks remains unchanged when the refractive index of the filling materials n is less than 1 . 4 and more than 1 . 48 . The gap change is remarkable when the refractive index is in the 1 . 4<n<1 . 48 range and it reaches themaximum at n=1 . 44 . The specific LPFG structure designed in this manuscript can not only compensate for the defect of easy-to-breaking for half-etched LPFG,but also increase the detection sensibility to gas and liquid by changing the filling materials and calibrating the gap between the divided peaks.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P743-746)【关键词】光纤光栅;包层半径;填充厚度;填充材料折射率;环境折射率【作者】赵洪霞;程培红;鲍吉龙;王金霞【作者单位】宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波315016;宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波315016;宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波315016;宁波工程学院电子与信息工程学院，浙江宁波315016【正文语种】中文【中图分类】TN212.14自从1995年Vengsarkar等人[1]在光纤中成功地写入LPFG以来,有关LPFG在传感方面[2-8]的研究引起了学者们的广泛关注。

基于超长周期光纤光栅的高灵敏度扭曲传感器总结

基于超长周期光纤光栅的高灵敏度扭曲传感器原有用凹凸状长周期光纤光栅 (LPFG) 或基于布拉格光纤光栅设计的传感结构来测量扭曲率，但该方法存在机械强度弱及不能判别扭曲方向等缺点。

这篇文章提出了用高频CO2激光脉冲写入超长周期光纤光栅，通过检测某些高阶谐振峰漂移的情况来测量扭曲率的方法，减小了谐振峰幅值的变化，改善了长周期光纤光栅测量的灵敏度及测量范围，并提出了扭曲传感器的具体设计方法。

当长周期光纤光栅的周期达到毫米量级(称为超长周期光纤光栅) 时，在光栅中能够发生耦合的就不仅局限于纤芯基模与一阶各次包层模的耦合，高阶各次包层模与纤芯基模也将同时发生同向耦合，在ULPFG 的透射峰上将会出现多个谐振峰，各阶谐振峰都满足一定的相位条件：,,,,,,,,2()/()1()co cl N m N m eff eff D N m co cl N m res eff eff co cl N m eff eff n n d d n n N n n δδλλ⎡⎤-ΛΛ=-⨯+⎢⎥-⎢⎥⎣⎦用高频CO2激光脉冲写入的ULPFG 其折变主要在包层，所以,,cl N m eff n δ将占主要因素，这一点就使得新型ULPFG 很容易受到外界环境条件比如弯曲、扭曲、横向负荷等的影响，并且其谐振谱将可能具有独特的光学特性。

ULPFG 在扭曲过程中产生的扭曲应力将使ULPGF 产生圆双折射，圆双折射矢量E 会产生,,cl N m effn δ和co eff n δ，对于新型ULPFG ，折变主要分布在包层，并且呈现一种不均匀的分布形式，因此,,cl N m eff n δ将是主要的，并且E 的方向将使得,,cl N m eff n δ变大或变小。

由方程(1) 可知，谐振波长将会向长波或短波方向漂移，这就能利用单个ULPFG 同时确定扭曲率和扭曲方向，此外，由于,,cl N m eff n δ比低阶闪耀具有更大的变化量，因此，这种方法将会具有更高的扭曲测量灵敏度。

长周期光纤光栅光谱特性仿真研究

452
中国光学
第 13 卷
Fiber Gratings (LPFGs) is solved by using the transmission matrix method and the relationship between the spectral characteristics of LPFGs and grating parameters (such as grating period, writing length and the depth of refractive index modulation) is simulated. The results show that the resonant wavelength of LPFGs is redshifted with an increase in the grating period and refractive index modulation depth, and that the resonant wavelength with higher-order mode is relatively more sensitive on the grating period. At the same time, the change in the spectral bandwidth mainly depends on the writing length of the grating. The bandwidth narrows gradually with an increase in the length of the grating and over-coupling occurs when the grating length is higher than 5.2 cm. With an increase in the refractive index modulation depth, the grating has the phenomena of incomplete coupling, complete coupling and over-coupling, and the position of the maximum resonance loss will gradually transfer to the lower-order mode. The results of this research have important referential significance for the theoretical research of LPFGs and parameter designs in practical applications. Key words: long period fiber grating；the coupled-mode theory；transmission spectrum

长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究

3、生物医学：长周期光纤光栅可以用于生物医学中的化学传感和生物分子检测，以实现对人体内化学成分和生物标记物的实时监测。
在传感应用中，长周期光纤光栅具有高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小等优势。然而，也存在一些不足之处，如易受到环境因素的影响，解调难度较大等。因此，针对这些问题，开展深入研究并加以解决，对于推动长周期光纤光栅在传感领域的应用具有重要意义。
长周期光纤光栅的特性及传感应用的研究
01 引言
03 传感应用 05 应用前景
目录
02 特性分析 04 研究现状 06 总结
引言
随着光学技术和传感技术的不断发展，光纤光栅作为一种关键的光学元件，在许多领域中得到了广泛的应用。长周期光纤光栅（Long-period fiber grating，LPFG）作为光纤光栅的一种重要类型，因其独特的特性而在传感领域具有广泛的应用价值。本次演示将深入探讨长周期光纤光栅的特性及其在传感应用中的研究。
在市场前景方面，由于长周期光纤光栅具有广泛的应用领域和巨大的市场潜力，预计未来将会有更多的企业和研究机构投入其研发和产业化。同时，随着技术的进步和成本的降低，长周期光纤光栅的价格也将逐渐降低，使得其更具竞争力。
总结
本次演示对长周期光纤光栅的特性及其在传感应用中的研究进行了深入探讨。通过分析特性、介绍应用、综述研究现状及展望未来发展前景，突出了长周期光纤光栅在传感应用中的重要性和潜在价值。尽管目前仍存在一些挑战和问题需要解决，但随着技术的不断进步和应用需求的增长，长周期光纤光栅在传感应用领域的发展前景十分广阔。
然而，尽管取得了一定的进展，但仍存在一些挑战和问题需要解决。例如，环境因素对长周期光纤光栅性能的影响仍需进一步探究；对于复杂解调技术的研究和应用仍需加强；在生物医学领域中，如何实现高灵敏度和特异性的检测仍是一个难题。

长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究

输谱中形成相对应的多个损耗峰．长周期光纤光栅具有插入损耗低、背向反射小等许多优点，其
上式中４代表纤芯基模的幅度，４代表某，：
阶次包层模的幅度，、丝分别是纤芯基模、
包层模的自耦合系数，ｋ是交叉耦合系数，＝ｋ
传输谱对温度、应变、压力、环境折射率等多种因素的变化都比较敏感［，所以在光纤通信和２］
＋
廊
ｚ；（））６
纤芯基模；此时基模与一个包层模间的耦合，根据耦合模理论［可以推导表示为：５］
：。＋。一卢＋。（）２
一：￣ｉ２ｎ（ｋ＋）１ — 一＋ｉ ‘ ．１ —ｋ＋２￣２＋２ — ／ ’
（）７
上两式中是 “ 直流” 自耦合系数，有：
毒＋；（）８源自脉冲同时对光纤进行曝光．聚焦后线形光斑的尺寸（光束ｅ宽度为４ｎ）远大于光纤的直径激ｎｎ（．５ｎ）０１ｎｎ，因此可以将激光束入射到光纤表面上２
艿丢（一）天一．（的部分视为等强度分布，考虑到光纤受热后沿角向ｚＰ一＝几｛】９的热传导，因此光纤横截面折射率分布的均匀度要。２［）
其中，。ｎ；Ａ＾是理想光栅的设计波长，远大于单侧写入法．由于光栅每一点均一次写成，
Ａ＝暑刍ｎｎ一几是纤芯基模有效折射率ｎ与包层因此制备效率较高．模有效折射率几之差．刍
图２高频Ｃ２光脉冲三束对称逐点写栅系统０激
维普资讯
１ｌ月５曰出版
长周期光纤光栅耦合模理论与制作技术的研究

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的研究。 E-mail:yuqx @dlut
8期
关寿华等 : 一种新型长周期光纤光栅扭曲特性的研究
1 99 7
1 引言
长周期光纤光栅(L PFG)是近年发展起来的一种新型光纤无源器件。自 1996 年 V eng sarkar 等[ 1] 制成世界上第一根长周期光纤光栅以来 , 人们对它的制备、光谱特性、敏感特性和应用等方面进行了大量研究[ 2 ～ 7] , 其中扭曲特性是一个重要的敏感特性 , 由于光栅形成机理及写入方法不同 , 因此扭曲特性也各异。 Wang 等[ 8] 发现用腐蚀刻槽法所制长周期光纤光栅具有扭曲特性。王义平等[ 9 ～ 11] 用高频 CO 2 激光脉冲单束侧向曝光法制成长周期光纤光栅 , 并通过研究发现此种光栅的扭曲特性具有扭曲方向相关性 , 该相关性同时受到被扭曲光纤长度的影响。
characteristics o f the LP FG
2 .1 纯长周期光纤光栅扭曲实验调整位移系统使 L1 为 150 mm , 此时 L 1 和 L0
的值比较接近。测试前 , 角度盘读数为 0°。测试第一步 , 顺时针旋转角度盘(以逆着光传播方向观察角度盘为准)并带动光栅一起转动 , 每隔 10°观测一次谐振波长和峰值损耗 , 共旋转 100°, 此即顺时针扭曲率增加过程 ;第二步 , 逆时针逐渐回转 , 直至角度盘读数为 0°;第三步 , 逆时针继续转动角度盘并观测谐振波长和峰值损耗 , 共旋转 100°, 此即逆时针扭曲率增加过程。
测试中谐振波长和峰值损耗的变化如图 2 所示。图中横坐标表示扭曲率 τ=θ/ L 1 , θ为角度盘的扭转角度 , 规定逆时针为正 , 顺时针为负。由图 2(a)可见 , 顺时针扭曲时 , 随着扭曲率的增加谐振波长向短波方向变化 ;逆时针扭曲时 , 随着扭曲率的增加谐振波长向长波方向变化。这说明谐振波长具有扭曲方向相关性。无论顺时针或逆时针扭曲 , 谐振波长随着扭曲率的增加基本成线性变化 , 而且整体上也呈线性变化, 平均扭曲灵敏度为 0 .133 nm/(rad ·m -1), 并且谐振波长在两个方向的变化幅度基本相同。由图 2(b)可见 , 顺时针扭曲
谱。设光纤固定点和角度盘之间距离(即被扭曲的光纤长度)为 L1 , 当 L 0 和 L1 的值相近时 , 可称为纯长周期光纤光栅扭曲实验 ;当 L 0 L 1 时 , 称之为较长光纤被扭曲的长周期光纤光栅扭曲实验。
图 1 长周期光纤光栅扭曲特性测试装置 Fig .1 Ex perimental co nfigura tion for testing to rsio n
2 College of Sciences , Dalian Nationalities University , Dalian , Liaoning 116600 , China
Abstract I t is found that the torsion characteristics of the long-period fiber grating (LPFG) are novel, which is written symmetrically by three-beam focused high-frequency CO2 laser pulses.Firstly, when the length of the twisted fiber is close to the length of the LPFG, the torsion characteristics have obvious relevance with the twisting direction.I f the LPFG is twisted clockwise, the resonant wavelength and the peak loss will decrease linearly with the twist rate increasing .If the LPFG is twisted anticlockwise, the resonant wavelength and the peak loss will increase linearly with the twist rate increasing.The average sensitivities of resonant wavelength and peak loss are 0.133 nm/ (rad · m-1)and 0.061 dBm/(rad · m-1 )respectively .Secondly , when the twisted fiber is much longer than the LPFG, the torsion characteristics oscillate periodically;and the number of the oscillation (10 periods)overcomes the number of turns (6 turns)that the fiber has been twisted.The overall characteristics are basically unchanged if the volatilities are ignored .The torsion characteristics are analyzed theoretically by taking into the consideration of the twist-induced elliptic birefringence.Moreover it is found that the linear birefringence in the LPFG also plays a decisive role in the torsion characteristics . Key words gratings;long-period fiber gratings;torsion characteristics ;high-frequency CO2 laser pulses ;threebeam symmetrical writing method
(1 大连理工大学物理与光电工程学院 , 辽宁大连 116024;2 大连民族学院理学院 , 辽宁大连 116600)
摘要发现高频聚焦 CO2 激光脉冲三束对称写入法制备的长周期光纤光栅(LPF G)具有新奇的扭曲特性 :首先 , 当被扭曲光纤和长周期光纤光栅长度接近时 , 扭曲特性有明显的方向相关性 , 顺时针扭曲时 , 谐振波长和峰值损耗随扭曲率的增大而减小 ;逆时针扭曲时 , 谐振波长和峰值损耗随扭曲率的增大而增大 , 并与之成良好的线性关系 , 其平均灵敏度分别为 0.133 nm/(rad · m -1)和 0.061 dBm/(rad · m -1);其次 , 当被扭曲光纤远长于长周期光纤光栅时 , 扭曲特性随扭曲率变化周期性起伏 , 而且起伏次数(10 次)超过光纤被扭曲周数(6 周), 但整体特性基本保持不变。利用扭转光栅导致椭圆双折射理论对扭曲特性进行了解释 , 并发现光栅内部固有线性双折射对扭曲特性有着重要的作用。关键词光栅 ;长周期光纤光栅 ;扭曲特性 ;高频 CO 2 激光脉冲 ;三束对称写入法中图分类号 T N 253 文献标识码 A doi :10 .3788/ CJL20103708 .1996
本文对用高频聚焦 CO2 激光脉冲三束对称写入法制备的长周期光纤光栅的扭曲特性进行了比较系统的研究 , 发现了未见于以往报道的扭曲特性 , 并用扭曲引起椭圆双折射从而致使偏振态发生变化的相关理论对此种独特的扭曲特性进行了比较合理的解释。
2 长周期光纤光栅扭曲实验
实验所用长周期光纤光栅是用高频聚焦 CO 2 激光脉冲三束对称写入法[ 12] 在 Co rning SMF-28 单模光纤中制成的。其周期为 400 μm , 长度 L0 为 50 mm , 谐振波长和峰值损耗分别为 1544 .665 nm 和 -9 .965 dB 。由于长周期光纤光栅对温度比较敏感 , 因此是在比较稳定的室温环境中 , 利用如图 1 所示实验装置测试此种光纤光栅扭曲特性[ 13] 。光栅左侧光纤固定在角度盘轴心处 , 可以随着角度盘的旋转而转动 ;右端光纤连接光纤光谱分析仪 , 中间光纤一点被固定在一个二维位移系统上 , 使光纤光栅处于水平直线状态。中心波长为 1550 nm 的宽谱光源作为输入光源 , 光谱分析仪用来测量光栅透射
(b)peak loss ch
19 98
中国激光
37 卷
时 , 随着扭曲率的增加峰值损耗减小 ;而逆时针扭曲时 , 随着扭曲率的增加峰值损耗增大。说明峰值损耗也具有扭曲方向相关性。同样可以发现 , 无论顺时针还是逆时针扭曲 , 峰值损耗随着扭曲率的增加也成线性变化 , 整体上也呈线性变化 , 平均灵敏度为 0 .061 dBm/(rad · m -1 )。 2 .2 较长光纤被扭曲的长周期光纤光栅扭曲实验
Study on Torsion Characteristics of a New-Type Long-Period Fiber Grating
Guan Shouhua1, 2 Yu Qingxu1 Zheng Jianzhou1, 2
1 School of Physics and Opt oelect ronic Engineering , Dalian Universit y of Technology , Dalian , Liaoning 116024, China
为了分析较长光纤的扭曲对长周期光纤光栅扭
曲特性的影响 , 重新调整位移系统使 L 1 变为 610 mm , 满足 L0 L 1 , 测试此时扭曲特性。第一步 , 顺时针旋转角度盘带动光纤光栅一起转动 , 每隔 20°观测一次谐振波长和峰值损耗 , 一共旋转 1080° (3 周), 此即顺时针扭曲率增加过程 ;第二步 , 逆时针逐渐回转角度盘 , 直至读数为 0°;第三步 , 继续逆时针转动角度盘 , 同时每隔 20°观测谐振波长和峰值损耗 , 一共旋转 1080°(3 周), 此即逆时针扭曲率增加过程。这样测试中角度盘一共旋转了 6 周。