第２４卷 Ｖ０Ｉ．２４ 第１０期 Ｎｏ．１０ 重庆理工大学学报（自然科学） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） ２０１０年ｌ０月 Ｏｃｔ．２０１０
光纤Ｂｒａｇｇ光栅倏逝波传感器
赵明富 ，黄德翼 ，罗彬彬 ，矫雷子 ，周 斌
（１・重庆理工大学电子信息与自动化学院，重庆４０００５０；２．电子科技大学光电信息学院，成都６１００５４）
摘 要：提出光纤Ｂｒａｇｇ光栅（ＦＢｃ）倏逝波传感器测量化学溶液折射率的方案，研究Ｂｒａｇｇ 反射波长的漂移量与光栅包层直径之间的关系，理论分析得出：光栅包层直径越小，Ｂｒａｇｇ波长 的漂移量受外界折射率变化的影响越大。用氢氟酸溶液腐蚀光栅包层的方法，制作不同包层直 径的光纤Ｂｒａｇｇ光栅倏逝波传感器。实验表明：在相同的外部折射率变化范围内，光栅直径越 小，传感器的折射率灵敏度越高，实验结果与理论分析一致。 关键词：光纤Ｂｒａｇｇ光栅（ＦＢＧ）；倏逝波；折射率传感器；灵敏度 中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—８４２５（２０１０）１０—００４６—０５
Ｅｖａｎｅｓｃｅｎｔ Ｗａｖｅ Ｓｅｎｓｏｒｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ
ＺＨＡＯ Ｍｉｎｇ—ｆｕ ，ＨＵＡＮＧ Ｄｅ—ｙｉ ，ＬＵＯ Ｂｉｎ ｂｉｎ ， ，ＪＩＡＯ Ｌｅｉ．ｚｉ ．ＺＨＯＵ Ｂｉｎ１
（１・Ｄｅｐａｒｔｍｅｌｌｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ“ｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉ“ｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌ。ｇＹ，Ｃｈ０ｎｇｑｉｎｇ ４０００５０，Ｃｈｉｎａ； ２・Ｄ。ｐａｒｔｍｅｎｔ。ｆ Ｐｈ。ｔｏｅｌｅｃｔｆｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏ１。ｇＹ。ｆ Ｃｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５４，Ｃｈｉｎａ）
５２ 传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ） ２０１１年第３０卷第６期 光纤Ｂｒａｇｇ光栅电流传感器的温度补偿研究 田 晶，权王民，王虎，姜碧强 （西北工业大学理学院陕西省光信息技术重点实验室教育部空间应用物理与化学重点实验室。陕西西安７１００７２） 摘要：在基于超磁致伸缩材料Ｔｂ¨。Ｄｙ 。Ｆｅ 。 的光纤Ｂｒａｇｇ光栅（ＦＢＧ）大电流传感器的基础上，通过 对传感头进行设计，提出了一种温度补偿的方案，解决了ＦＢＧ的温度一应变交叉敏感问题，提高了传感器 的精度。实验结果表明：在０－９０℃的温度变化范围内，该传感器的Ｂｒａｇｇ波长差与电流变化具有较好的 线性度，不受温度变化的影响。表明了该结构能达到温度补偿的效果，解决了交叉敏感的影响，降低了成 本。 关键词：光纤Ｂｒａｇｇ光栅；电流传感器；磁致伸缩效应；温度补偿；反射率 中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００－９７８７（２０１１）０６－００５２－－０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ＴＩＡＮ Ｊｉｎｇ，ＱＵＡＮ Ｗａｎｇ—ｍｉｎ，ＷＡＮＧ Ｈｕ，ＪＩＡＮＧ Ｂｉ—ｑｉａｎｇ （Ｓｈａａｎｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＭＭ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ＧＭＭ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ—ｓｔｒａｉｎ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｓｏｌｖｅｄ． Ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０￣９０℃．ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ＦＢＧｓ Ｂｒａｇｇ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｓ ｌｉｎｅａｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃａｎ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｉｍｐａ（・Ｉ ｏｌ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｈａｓ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）；ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｅｎｓｏｒ；ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｒｅ— ｆｌｅｃｔｉｖｉｔｖ ０引 言 近年来，随着光纤Ｂｒａｇｇ光栅（ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ， ＦＢＧ）的问世，基于光纤光栅的新型传感技术获得了突飞猛 进的发展，光纤光栅传感技术已经成为当今传感领域最热 门的课题之一。光纤光栅传感器基于波长编码，不受光源 稳定性的影响；可以实现对被测信号的绝对测量；可以进行 波分、时分复用；同时可以构成大型传感网络对多个目标同 时监测。因而，在交通、医疗、石油化工、电力、航空航天等 领域应用十分广泛 。基于超磁致伸缩材料（ｇｉａｎｔ ｍａｇ． ｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ，ＧＭＭ）的ＦＢＧ电流传感器是近几年提 出的一种新型的电流传感器，普遍的做法是用２根或２根 以上的ＦＢＧ粘贴在超磁致伸缩材料上实现对电流的测量， 如采用法布里罗腔来测量或基于马赫一曾德干涉仪的光纤 电流传感器研究等。但是，这些方案都需要２个解调光源， 收稿日期：２０１０一１０—１２ 这无疑给大电流的测量带来不便。另外，也有人想到用 １根光栅中写入２个不同的Ｂｒａｇｇ波长，但这又无疑增加了 传感器的成本．由于ＦＢＧ温度和应变的交叉敏感问题 及 超磁致伸缩材料本身也受温度等问题影响，这就制约了其 在高压大电流测量方面的发展。因此，解决这些问题已经 成为光纤光栅电流传感器发展的关键。 本文设计了一种新型基于超磁致伸缩材料的单光纤光 栅大电流传感器，解决了ＦＢＧ的温度应变交叉敏感问题和 传感器中关键元件超磁致伸缩材料的温度影响问题，同时 对ＦＢＧ的应变进行了放大，简单易行，降低了成本，具有一 定的实际应用价值。 １传感器结构与原理 光纤光栅是利用光栅材料的光敏性，利用紫外光照射
光纤bragg光栅的光栅方程
光纤Bragg光栅的光栅方程
光纤Bragg光栅是一种应用广泛的光纤传感器和光纤通信器件。它通过制造光纤中的周期性折射率变化来实现光信号的调制和分析。其中，光栅方程是描述光信号在光纤Bragg光栅中传播和反射的重要数学表达式。
光栅方程可以用来计算光信号在光纤Bragg光栅中的反射和透射特性。它的形式为：
n·λ = 2Λ·sinθ
其中，n为光纤中的折射率，λ为光信号的波长，Λ为光栅周期，θ为光信号与光栅法线的夹角。这个方程表达了光信号在光纤Bragg光栅中的布拉格衍射效应。
从光栅方程可以看出，光信号的波长和入射角度决定了光信号在光纤Bragg光栅中的反射特性。当光信号的波长满足布拉格条件时，即波长等于2Λ乘以折射率差，光信号会被光栅反射回来。而当光信号的波长不满足布拉格条件时，光信号会透过光栅继续传播。
根据光栅方程可以推导出光纤Bragg光栅的工作原理。当光信号入射到光栅上时，根据入射角度和波长的不同，光信号会在光栅中产生布拉格衍射。通过测量反射光的波长和强度，可以实现对入射光信号波长和强度的检测和分析。
光栅方程的应用不仅局限于光纤Bragg光栅，也可以推广到其他类型的光栅结构中。例如，光栅方程可以应用于光栅光谱仪中，用于计算光信号的波长和强度。此外，光栅方程还可以用于光纤通信中的波分复用技术，通过调整光栅的周期和折射率，实现不同波长光信号的分离和复用。
光纤Bragg光栅的光栅方程在光纤传感和光纤通信领域具有重要的意义。它为光信号的调制、分析和传输提供了重要的理论基础。通过对光栅方程的研究和应用，可以进一步提高光纤Bragg光栅的性能和应用范围。
光纤Bragg光栅的光栅方程是描述光信号在光纤Bragg光栅中传播和反射的重要数学表达式。它的应用不仅限于光纤传感和光纤通信领域，还可以推广到其他光栅结构中。光栅方程的研究和应用对于提高光纤Bragg光栅的性能和应用具有重要意义。通过深入理解光栅方程，可以进一步推动光纤技术的发展和应用。
２００８年第６期 （总第１５０期） 光通信研究 ＳＴＵＤＹ ０Ｎ ＯＰＴＩＣＡＬ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩｏＮＳ ２ＯＯ８ （Ｓｕｍ．ＮＯ．１５０）
光纤Ｂｒａｇｇ光栅流量传感器的研究及进展
禹大宽。贾振安，乔学光。刘钦朋 （西安石油大学理学院光电油气测井与检测教育部重点实验室，陕西西安 ７１００６５）
摘要：光纤Ｂｒａｇｇ光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器。当光纤光栅受到流体的作用时，其波长、相位都会发生变 化，通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化。文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理，分析了各种流 量传感器的优缺点，并对光纤光栅流量传感器的发展进行了展望。 关键词：光纤Ｂｒａｇｇ光栅；流量测量；传感器 中图分类号：ＴＮ２５３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—８７８８（２００８）０６—００３７—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｇｒｅｓｓ
Ｙｕ Ｄａｋｕａｎ，Ｊｉａ Ｚｈｅｎ’ａｎ，Ｑｉａｏ Ｘｕｅｇｕａｎｇ，Ｌｉｕ Ｑｉｎｐｅｎｇ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｇａｓ—ｏｉｌ Ｌｏｇｇｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ，ｔｈｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉ’ａｎ Ｓｈｉｙｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌｓ．Ｉｔｓ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ，ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａｌｌ ｃｈａｎｇｅｄ ｗｈｅｎ ｉｔｓ ｆｉｂｅｒ ａｎｄ ｇｒａｔｉｎｇ ａｒｅ ｓｕｂｊｅｃｔ ｔＯ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｌｕｉｄｓ．Ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆｌｏｗ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ ｃｈａｎｇｅｓ．Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｅｓ ＦＢＧ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ， ｔｈｅｉｒ ｍｅｒｉｔｓ ａｎｄ ｄｅｍｅｒｉｔｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）；ｆｌｏｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｅｎｓｏｒ
