光纤光栅与结构集成工艺(PPT作业)
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光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述光纤传感器种类繁多,能以高分辨率测量许多物理参数,与传统的机电类传感器相比具有很多优势,如:本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等,因此其应用范围非常广泛,并且特别适于恶劣环境中的应用。
但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差,直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。
因此,对裸FBG 进行封装,是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节,对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。
一、光纤光栅工作原理光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件:β1、β2是正、反向传输常数,Λ是光纤光栅的周期,在写入光栅的过程中确定下来。
当一束宽谱带光波在光栅中传输时,入射光在相应的频率上被反射回来,其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。
光纤光栅起到了光波选频的作用,反射的条件称为布拉格条件。
由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长(布拉格波长)表达式:二、光纤光栅的写入2.1 短周期光纤光栅的写制内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中,经过光纤另一端面反射镜的反射,使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。
由于纤芯材料具有光敏性,其折射率发生相应的周期变化,于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅。
此方法是早期使用的,该方法要求122πββ-=ΛΛ=n B 2λ锗含量很高,芯径很小,并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅,因此目前很少被采用。
全息成删法(又称外侧写入法) 1989年,Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。
用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干,形成干涉图,利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。
写制设备装置如图2.1所示。
通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角,可以得到不同栅格周期的光纤光栅。
但是要得到高反射率的光栅,则对所用光源及周围环境有较高的要求。