基于长周期光纤光栅的折射率传感器

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长周期光纤光栅折射率传感的研究概况

不断积累经验。对其进行补充和完善。（作者单位：门市电信分公司）厦
查：在不同媒体上公布不同咨询号码或有奖调查热
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明ＰＬＧ对于温度的调协范围约为ＦＧ的７．Ｂ倍而对于外界折射率变化时的谐振峰中心波长移动量也明显高于布喇格光栅。由光纤场分布形式可知．光纤对于包层模的束缚性较芯模为弱．阶模的束高
访问、截访问、户访问、函调查）实验室测拦入回、
试、组合测试等多种；我们可以通过与市场调查公司长期合作。开展全年持续的广告效果调查，包括事前调查以有效选择广告案、事中调查以及时调整广告发布的计划、事后调查以总结经验评估效果；也可通过多种与客户互动的渠道开展市场调查。例
ＬＧ的周期通常为几十到几百微米。Ｐ主要特性是将导波中某频段的光耦合到光纤包层中损耗掉，是一种透射型光纤器件。ＰＬＧ对于温度、应力、外界折射
率等参数的变化都有很高的响应灵敏度。研究表
想和品牌态度。因此品牌效果主要从这三方面来评估。品牌意识方面，主要包括到达率和品牌知名度、品牌识别率等指标。品牌联想方面。主要包括品牌形象评价和品牌理解力等指标。品牌态度方面，主要包括美誉度、偏好度、忠诚度、渗透率等指标。这些指标一般具有动态分析和静态分析两个方面的
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长周期光纤光栅
折射率传感的研究
李杰由光栅周期的不同．纤光栅可分为布喇格光光纤光栅（Ｂ和长周期光纤光栅（Ｐ。Ｂ的周ＦＧ）ＬＧ）ＦＧ期约为几百纳米．主要特性是将某一频段的光反射回去。形成以谐振波长为中心的窄带光学滤波器，

基于光纤技术的传感器设计与制作

基于光纤技术的传感器设计与制作随着传感技术的日益发展，基于光纤技术的传感器越来越受到人们的关注。

光纤传感器具有高灵敏度、高精度、无电磁干扰等优点，可以广泛应用于国防、航天、交通、环保、生物等领域。

因此，本文将介绍基于光纤技术的传感器的设计与制作。

一、光纤传感器的工作原理光纤传感器是通过测量光纤中的光学信号来实现对物理量的测量，其工作原理基于光纤的两个基本特性：光纤中光的传输和散射。

光纤中的光的传输是指光信号的传输过程，光信号进入光纤后，会在光纤中不断地反射和折射，并沿着光纤的轴线传播，直到到达光纤的另一端。

光纤中的散射是指光的弹性散射和非弹性散射。

其中弹性散射仅改变了光的方向，频率和相位等基本性质不变，非弹性散射则会改变这些基本性质。

这些散射现象都会引起光的衰减和光强的分布变化，因此可以用来测量物理参量。

二、基于光纤技术的传感器分类光纤传感器可以根据测量物理量的不同而分为各种类型，例如温度传感器、压力传感器、加速度传感器、位移传感器等。

其中，光纤光栅传感器和拉曼光纤传感器的应用最为广泛。

1.光纤光栅传感器光栅传感器是利用光学光栅上的“反射率分布”或“折射率分布”来实现对光的干涉和散射衍射的控制，从而测量物理参量的变化。

常见的光纤光栅传感器有布拉格光栅传感器和长周期光纤光栅传感器。

布拉格光栅传感器利用薄膜布拉格反射镜，通过控制反射率分布进行光的干涉，从而实现对物理参量的测量。

长周期光纤光栅传感器则利用周期性光纤中的衍射，通过调制光纤表面的折射率分布，从而实现对物理参量的测量。

2.拉曼光纤传感器拉曼光纤传感器是利用拉曼光谱原理，通过测量物质分子的振动和旋转引起的光谱特征来实现对物理参量的测量。

光纤传感器与样品接触，激发样品中的分子振动和旋转，产生拉曼散射光，再经过光谱仪分析和处理，最后测量物理参量的变化。

三、基于光纤技术的传感器的设计与制作基于光纤技术的传感器设计与制作需要考虑材料、光学参数、结构和制造工艺等因素。

几种常见光纤光栅传感器工作原理

常见光纤光栅传感器工作原理光纤光栅传感器的工作原理光栅的Bragg波长λB由下式决定：λB=2nΛ （1）式中，n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。

当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。

如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。

此外，通过特定的技术，可实现对应力和温度的分别测量，也可同时测量。

通过在光栅上涂敷特定的功能材料（如压电材料），还可实现对电场等物理量的间接测量。

1、啁啾光纤光栅传感器的工作原理上面介绍的光栅传感器系统，光栅的几何结构是均匀的，对单参数的定点测量很有效，但在需要同时测量应变和温度或者测量应变或温度沿光栅长度的分布时，就显得力不从心。

一种较好的方法就是采用啁啾光纤光栅传感器。

啁啾光纤光栅由于其优异的色散补偿能力而应用在高比特远程通信系统中。

与光纤Bragg光栅传感器的工作原理基本相同，在外界物理量的作用下啁啾光纤光栅除了△λB的变化外，还会引起光谱的展宽。

这种传感器在应变和温度均存在的场合是非常有用的，啁啾光纤光栅由于应变的影响导致了反射信号的拓宽和峰值波长的位移，而温度的变化则由于折射率的温度依赖性（dn／dT），仅影响重心的位置。

通过同时测量光谱位移和展宽，就可以同时测量应变和温度。

2、长周期光纤光栅（LPG）传感器的工作原理长周期光纤光栅（LPG）的周期一般认为有数百微米，LPG在特定的波长上把纤芯的光耦合进包层：λi=（n0-niclad）。

Λ。

式中，n0为纤芯的折射率，niclad为i阶轴对称包层模的有效折射率。

光在包层中将由于包层／空气界面的损耗而迅速衰减，留下一串损耗带。

一个独立的LPG可能在一个很宽的波长范围上有许多的共振，LPG共振的中心波长主要取决于芯和包层的折射率差，由应变、温度或外部折射率变化而产生的任何变化都能在共振中产生大的波长位移，通过检测△λi，就可获得外界物理量变化的信息。

基于长周期光纤光栅的生物传感器设计及仿真

ｔｉｋｅｓｏｈｏｐｕｄｔｉｉ．Ａｅｅｉｉｌｔｙａｄｔｅｔｅｒｔｃｌｂｓｓｆｒｔｅｄｖｌｐｅｔｏｈｈｃｎｓｆｔｅｃｍｏｎｈｎｆｌｍｂｎｆａｒｎｈｈｏｅｉａａｉｏｈｅｅｏｍｎｆｔｅｃｎｖｌｉｈｓｎｉｉｅｂｏｅｓｒｒｒｖｄｄｏｅｇｅｓｔｖｉｓｎｏｓａｅｐｏｉｅ．ｈ
／．ＳｈｏｆＩｆｒｔｎＳｉｃ１ｃｏｌｎｏｍａｉｃｅｅ＆Ｅｇｎｅｉｇ，ａｚｏｉｅｓｙ，ａｚｏ３００Ｃｉａ、ｏｏｎｎｉｅｒｎＬｎｈｕＵｎｖｒｉＬｎｈｕ７００，ｈｎ；ｔ
＼．ｅａｔｅｔｆＰｙｉ，ｘｎｅｓｙＺａｇｅａｓ３００Ｃｉ２ＤｐｒｎｈｓｓＨｅｉｉｒｔ，ｈｎｙｎ７４０，ｈｎｍｏｃＵｖｉＧｕａ
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第２１卷
第６期
传感技术学报
ＣＩＳＯＲＮＡＳＮＳＲＳＡＨＮＥＥＪＵＬＯＦＥＯＮＤＣＡＴＯＳＡＴＵＲ
Ｖｌ．ｌＮｏ６０２１．
２００８年６月
Ｊｎ２０ｕ．０８
ＤｅｉｎａｄＳｍｕａｉｎｏｉｓｎｏｓｄｏｎｒｏｉｅａｉｇｓｇｎｉｌｔｏｆＢｏｅｓｒＢａｅｎＬｏｇＰｅｉｄＦｂｒＧｒｔｎ
ＺＨＡＮＧｈ — ｏｇ ’ ．ＺＨＡＮＧａ — ｏＺＨＡＮＧｉｏｐｉｇＺｉｒｎＧｕｎｍａ．Ｘａ－ｎ

高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计

期光纤光栅且在其包层外面涂覆一层随温度的升高折射率减小的薄膜材料，时采用热膨胀系同
数大的金属封装光栅三种增敏措施。计算表明，敏后的温度传感器其灵敏度系数为增
０２７ｎ ℃ ，．３５ｍ／温度测量分辨力小于Ｏ１。．℃
高灵敏度长周期光纤光栅温度传感器的设计＊
阮隽，曾庆科，子雄，维源，秦梁黄平
（广西师范大学物理与电子工程学院，广西桂林５１０）４０４
摘要：为提高光纤光栅温度传感器的灵敏度，中采取纤芯弹光系数大于包层弹光系数的长周文
ｃｅｆｉｔｆ．３５ｍ／ｎｅｅａｕｅｒｓｌｔｎｌｓｈｎ０１ａｅｏｔｉｅ．ｏｆｃｎ２７ｎｏａｄａｔｍｐｒｔｒｅｏｕｉｓｔａ． ℃ ｒｂａｄｉｅｏ０Ｃｏｅｎ
ＫｙｗｒｓｏｇｐｒｄｆｅｒｔｇＬＦ；ｒｓｎｎｖｌｎｔｅｅａｕｅｓｎｒ；ｓｎｉｖｔｅｏｄ：ｌｎ－ｅｉｂｒｇａｉ（ＰＧ）ｅｏａｔｗａｅｅｇｈ；ｔｍｐｒｔｒｅｓｓｅｓｔｉｏｉｎｏｉｙ
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第３０卷
第３期
光
学
仪
器
Ｖｏ．０，Ｎｏ３１３．
２０年６月０８
ＯＰＣＡＬＩＴＲＵＭＥＮＴＳＴＩＮＳ
Ｊｎ，２０ｕｅ０８
文章编号：０５５３（０８０ —０６０１０ —６０２０）３０２ —４

覆膜长周期光纤光栅在生化分析中的应用及研究进展

收稿日期：２０１３－１０ — ２１；修订日期：２０１３－１２－２３
：ｌ：Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ．Ｅ— ｍａｉｌ：ｙａｏｗｅｉｇｕｏ１９７２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｉｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｒｅｖｉｅｗｏｃｆｕｓｅｓｏｎｔｈｅｎａｎｏｉｆｌｍ— ｍｏｄｉｌｆｅｄＬｏｎｇＰｅｒｉｏｄＦｉｂｅｒＧｒａｔｉｎｇ（ＬＰＦＧ）ａｎｄｍａｋｅｓａｂｒｉｅｆ
３．吉林大学材料科学与工程学院教育部汽车材料重点实验室，吉林长春１３００２５）
摘要：总结ｒ纳米薄膜修饰的长佶】期光纤光栅在折射率生物传感器方向的研究进展，重点介绍了纳米薄膜对长周期光纤光栅折射率传感性能的影响，详细阐述了覆膜长周期光纤光栅在生化分析检测领域的应用，歼对其在折射率传感方皿的应用前景作ｒ展望。
ＳｈａｎｄｏｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ．，Ｊｉｎａｎ２５００１４，Ｃｈｉｎａ；
３．ｅｙＫａｂＬｏｒａｔｏｒｙｆＡｏｕｔｏｍｏｂｉｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏＭｉｎｉｓｔｒｙｆｏＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｏｌｌｅｇｅｆｏ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ；

长周期光纤光栅的折射率梯度响应特性

ｌｉｓｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｔｈｅｏｒｙ．ＴｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆａＬＰＦＧｉｎｅｘｔｅｒｎａ１ｍｅｄｉａｗｉｔｈｌｉｎｅａｒＲｅｆｒａｃｔｉｖｅＩｎｄｅｘ（ＲＩ）ｇｒａｄｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｍａｔｒｉｘｍｅｔｈｏｄ．
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＬＰＦＧａｒｅｓｔｒｏｎｇｌｙｄｅ — ｐｅｎｄｅｎｔｏｎｔｈｅＲＩｇｒａｄｉｅｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｍｅｄｉａ．ＷｈｅｎｔｈｅＲＩｇｒａｄｉｅｎｔｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｍｅｄｉａｉｎ— ｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅｌＯＳＳｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｄｅｃｒｅａｓｅｓ，ｔｈｅ３ｄＢｂａｎｄｗｉｄｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓ。ａｎｄ

使用matlab计算长周期光纤光栅的有效折射率

使用matlab 计算长周期光纤光栅的有效折射率近几年来，一种在光纤中写入光栅的技术引起了人们的极大兴趣，光纤光栅的出现，给光通信领域带来了极大的变革，尤其是在滤波和传感方面影响尤为深远。

按照光纤光栅周期的长短，通常周期把小于一微米的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称为布拉格光纤光栅或反射光栅，而周期为几十甚至几百微米的光纤光栅称为长周期光纤光栅，又称为透射光栅。

短周期光纤光栅的特点是传输方向相反的模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器，长周期光纤光栅的特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，没有后向反射，属于投射型带阻滤波器。

长周期光纤光栅透射谱的理论模拟在我们研究长周期光纤光栅的各方面属性的过程中，耦合模理论提供了精确有效的解，从而被我们广泛采纳。

长周期光纤光栅的模式耦合主要是指纤芯基模和同向传播的包层模之间的耦合，由光纤的模式理论可以知道在包层中存在很多种包层模，为了方便讨论，我们在这一部分只讨论光纤光栅的纤芯基模和一个包层模之间的耦合。

首先，我们定义一下谐振波长，就是在光纤有效折射率调制无穷小的情况下的谐振波长，可以用下面的公式来表示=D eff n λ∆Λ，式子中eff n ∆表示光纤基模和包层模之间的有效折射率之差，即12eff eff eff n n n ∆=-。

第二步，我们来定义一下，直流耦合系数和交叉耦合系数，非别为直流耦合系数 ()eff effeffD n n n δσπλλ∧∆+∆=-交流耦合系数 eff n πδκλ= 第三步，有了上面的定义，我们接着引入直流耦合率和交叉耦合率的概念，，分别为直流耦合率2()222(0)||1cos ))||1z R t R κσ=∧==++交叉耦合率2()22(0)||1)||1z s t R κσ⨯∧==+。

我们可以验证，直流耦合率和交叉耦合率之和等于一，这说明用直流耦合率和交叉耦合率来表示透射谱和反射谱是恰当的。

有了上面一系列的叙述，我们就可以用matlab 对长周期光纤光栅进行模仿，在这一过程中，我们对一些列的参数做如下设定，光纤有效折射率之差120.042eff eff eff n n n ∆=-=，光栅周期350m μΛ=，周期数为N=100，光栅长度35L N mm =Λ⨯=（这相当于公式中的z ），由谐振波长计算公式我们可以得到谐振波长1470D nm λ=。

光纤光栅传感器的工作原理和应用实例

光纤光栅传感器的工作原理和应用实例一、本文概述光纤光栅传感器作为一种先进的光学传感器，近年来在多个领域中都得到了广泛的应用。

本文旨在全面介绍光纤光栅传感器的工作原理及其在各领域中的应用实例。

我们将详细阐述光纤光栅传感器的基本原理，包括其结构、光学特性以及如何实现传感功能。

接着，我们将通过一系列应用实例，展示光纤光栅传感器在结构健康监测、温度测量、压力传感以及安全防护等领域的实际应用。

通过本文的阅读，读者将能够对光纤光栅传感器有一个全面深入的了解，并理解其在现代科技中的重要地位。

二、光纤光栅传感器的基本概念和原理光纤光栅传感器，也被称为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）传感器，是一种基于光纤光栅技术的传感元件。

其基本概念源于光纤中的光栅效应，即当光在光纤中传播时，遇到周期性折射率变化的结构（即光栅），会发生特定波长的反射或透射。

光纤光栅传感器的工作原理基于光纤中的光栅对光的反射作用。

在制造过程中，通过在光纤芯部形成周期性的折射率变化，即形成光栅，当入射光满足布拉格条件时，即入射光的波长等于光栅周期的两倍与光纤有效折射率的乘积时，该波长的光将被反射回来。

当外界环境（如温度、压力、应变等）发生变化时，光纤光栅的周期或折射率会发生变化，从而改变反射光的波长，通过对这些波长变化的检测和分析，就可以实现对环境参数的测量。

光纤光栅传感器具有许多独特的优点，如抗电磁干扰、灵敏度高、测量范围大、响应速度快、能够实现分布式测量等。

这使得它在许多领域，如结构健康监测、航空航天、石油化工、环境监测、医疗设备、智能交通等，都有广泛的应用前景。

光纤光栅传感器的工作原理决定了其可以通过测量光栅反射光的波长变化来感知外界环境的变化。

因此，在实际应用中，通常需要将光纤光栅传感器与光谱分析仪、解调器等设备配合使用，以实现对环境参数的精确测量。

光纤光栅传感器的基本概念和原理为其在各种应用场景中的广泛应用提供了坚实的基础。

基于长周期光纤光栅的温度传感器研究

ｃ＝ｆ７， ’ ／
年砖／ｒｒ．中（口ａ＝／，￣／
１．谐振波长温度特性的理论分析
在长周期光纤光栅中，位于谐振波长处的光波将纤芯基模转化为包层模进入光纤包层传输，而在包层模传输的包层模式会由于光纤涂覆层的吸收以及光纤弯曲的影响而很快地衰减掉，这样就会在透射谱中出现损耗峰。而波长不满足相位条件的光波则将基本无损耗地在纤芯中传播，从而实现了波长选择性损耗的特性。当外界的温度，纤光栅的周期、芯基模的有效光纤折射率以及包层模的有效折射率都可能会发生相应的变化，从而引起光纤光栅的谐振波长的改变，这时只需要测量长周期光纤光栅输出特征谱的变化就可以得出被测量的值，这就是光纤光栅作为波长调制型传感器的基本工作原理。研究长周期光纤光栅的敏感特性要从研究长周期光纤光栅最基本的相位匹配条件出发：
色散因子，＝一＝ｒ＂舢
一
表示光纤的热膨胀系数，为温度灵敏度因子。
／Ｉ皿厦ｌＪ。
¨ ｒ｝，
因为由热光效应引起的纤芯基模和包层模的有效折射率变化可以分别表示为：
和 ≮ ．别表示纤芯和包层的热光系数，分则ｒ的表达式可以改写为：
文献中，Ｂｈｔ等人利用在康宁Ｖ．ａａｉａＳ－２ＭＦ８光纤中制造的、人２０ｍ的８长周期光纤光栅，研究了温度对长周期光纤光栅传感器的作用。图１显示当温度由２．为１９７２７０Ｃ变４．℃时，振波长将由１０．谐６７８ｍ变为１１．ｒ其波长改变量的斜率ｎ６９６ｍ。ｉ为００９ｒ￣约比ＦＧ的高一个数量．０３ｍ／Ｃ，ｉＢ－级。显示了长周期光纤光栅中四个不同图２的谐振带以及标准ＦＧ传感器的温度灵敏Ｂ度。其清楚地表明长周期光纤光栅的不同谐振带具有不同的温度灵敏度且其灵敏度远高于光纤Ｂａｇ感器的温度灵敏度。ｒｇ传Ｓｕｘ等人在光敏的Ｂｅ合材料ｈＧ混组成的光纤中制造而成长周期光纤光栅具有很高的温度灵敏度，其温度灵敏度能够达到２５ｐ￣ｌ７０ｍ／６】。而Ｂａｉ人制造出ｈｔａ等来的周期为４ｍ的长周期光纤光栅的温０度灵敏度则很低为１８ｒ／￣．ｐｃ，比ＦＧ光ｏＢ

测量液体折射率与浓度的光纤光栅传感器

ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｉｎｄｅｘｃｈａｎｇｅｕｐｏｎａｎｌｏｎｇｐｅｒｉｏｄｏｐｔｉｃａｌｇｒａｔｉｎｇ（ＬＰＦＧ）ｉｓｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｔｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｓｕｃｈａｓｒｅｓｏｎａｎｔ
ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｐｅａｋｌｏｓｓｉｎｄｅｔａｉｌｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＲｅｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｈｉｆｔｓｉｎｔｈｅＬＰＦＧａｎｄｄｉｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｓｏｄｉｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉＳａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｉｎｅａｒ．ｗｈｉｃｈｉＳａｇｒｅｅｗｉｔｈｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄｔｈｅｓｉｇｎａｌｉｓｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｏｄｕｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｎｏｔｒｅｆｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｏｆｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒｌｏｓｓ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｌｌｌｉｇｈｔｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｂｙｆｉｂｅｒ．ＩｔｎｏｔｏｎｌｙＣａｎｏｎ－ｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅ，ｒｅａｌｉｚｅｒａｐｉｄａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｆｏｒｔａｒｇｅｔｍｅｄｉｕｍ，ｂｕｔａｌｓｏＣａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｓｏｌｌｌｅｓｐｅｃｉａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｓａｎｄｅａｓｉｌｙｒｅａｌｉｚｅｌｏｎｇ
（１．南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室。江苏南京２１００１６；２．广西师范大学物理与信息工程学院。广西桂林５４１００４）

几种常见光纤光栅传感器工作原理

几种常见光纤光栅传感器工作原理光纤光栅传感器是一种利用光纤光栅原理进行测量和传感的设备。

光栅传感器常见的工作原理包括光纤布拉格光栅传感器、光纤长周期光栅传感器和微弯光纤光栅传感器。

光纤布拉格光栅传感器的工作原理是基于布拉格散射原理。

布拉格光栅是一种周期性折射率的光学结构，在光纤中形成了一个周期性的介质折射率变化。

当光线从光纤的一端传输到另一端时，如果入射光的波长与光纤布拉格光栅的周期匹配，一部分光子将被散射回来。

通过测量返回的散射光的波长，可以得到光纤周围环境的物理参数，如温度、应力和应变等。

光纤长周期光栅传感器的工作原理是基于光纤中被定期改变的折射率。

长周期光栅是一种周期性折射率变化的光学结构，在光纤中形成了一个周期性的折射率变化。

当光线从光纤的一端传输到另一端时，由于光纤中折射率的周期性变化，部分光子将被耦合到光纤的芯部分中。

通过监测被耦合到芯部分的光强，可以得到光纤周围环境的物理参数，如温度和应变等。

微弯光纤光栅传感器的工作原理是基于光纤的微弯曲变化。

当光纤受到外力或外部物理参数的作用，如温度、压力和应变等，会导致光纤发生微弯曲。

微弯光纤光栅传感器通过监测微弯光纤的光强变化来测量这些物理参数。

微弯光纤光栅传感器通常由两个光纤光栅组成，一个作为敏感光纤光栅，另一个作为参考光纤光栅。

通过比较敏感光纤光栅和参考光纤光栅的光强变化，可以得到环境物理参数的值。

综上所述，光纤光栅传感器可以基于光栅的布拉格散射原理、长周期折射率变化和微弯光纤的光强变化来实现对环境物理参数的测量和传感。

这些传感器在温度监测、应力分析、应变测量和压力检测等领域具有广泛的应用前景。

长周期光纤光栅传感器的研究

长周期光纤光栅传感器的研究Research of Long-term Optical Fiber Grating Sensors王琦东华大学应用物理系摘要：介绍了长周期光纤光栅的原理、发展历史和现状，重点介绍了长周期光纤光栅的传感原理和技术。

详细分析了浓度的变化对透射光谱的影响，以及不同弯曲曲率下，谱形和中心波长的变化，提出并分析了一种新的长周期光纤光栅传感系统。

Abstract:The main principle, developing pand present status of long-term optical fiber grating are introduced.. Long-period fiber grating sensing principles and techniques have been analyzed.The impact on the transmission spectra by change of Concentration of Solution has been analyzed and change of transmission spectra and Center Wavelength of different bending curvatures detailedly, especially for cross-sensitivity of strain and other parameter. The discrimination technologies for cross-sensitivity of strain and temperature have been mainly discussed. The principal solutions of multi-parameter sensing head configurations involving fiber-grating devices have been overviewed and sorted. The multi-functional fiber grating sensing system has been proposed and analyzed.关键词：长周期光纤光栅，传感，透射光谱，弯曲曲率Key words: long period fiber grating, sensing, transmission spectra,bending curvature 一．介绍光纤光栅是一种新型光学器件,它是基于光纤材料的光敏特性,在纤芯内形成的空间相位光栅。

基于长周期光纤光栅的几种传感器模型的比较

ｔｅｓｎｉｖｔｆｔｅｓｎｏｓｉｇｖｎ，ｎｈｅｓｉｉｅｆｈｒｅｓｎｏｓａｅｃｌｕａｅ．ｅｒｓｌｈｗａｈｅｓｔｉｏｅｓｒＳｉｅａｄｔｅｓｎｉｖｔｓｏｅｈｅｅｓｒｒａｃｌｔｄＴｅｕｔｓｏｔｔｉｙｈｔｉｔｔｈｓｈｃａｅＰＧｈｓｉｈｒｓｎｉｖｔｏａｎｏｔｏｅｕｃａｅａｄｔｅｅｓｉｉｓｍｐｏｅ０ｔｓｏｔｄＬＦａａｈｇｅｅｓｔｉｃｍｐｒｇｔｈｓｎｏｔｄ，ｎｈｓｎｉｖｔｉｉｙｉｔｙｉｒｖｄ３ｉｍｅｃｍｐｒｄｗｉｗ－ａｅｅＰＧ．ＷｉｉｈｓｎｉｉｔｔｅｔｒｅｌｙｒｄＬＦｗｉａｅａｗｉｅａｐｉａｉｎｏａｅｔｔｏｌｙｒｄＬＦｈｔｈｇｅｓｌｙ，ｈｈｅ — ｅｅＰＧｌｈｖｄｐｌｔｈｂｉａｌｃｏ
（．ｙＬｂｒｔｒｆｄｒｔｓＣｌｇｆＯｐｏＥｅｔｃａｄＥｅｔｃＩｆｒｔｎ１ＫｅａｏａｏｙｏＭｏｅｎＯｐｃ，ｏｌｅｏｔ－ｌｒｎｌｃｒｏｍａｏｉｅｃｉｉｎｉ
ＥｎｉｅｒｎＵｎｖｒｉｆＳａｇａｏｃｅｃｎｃｏｏｙ，ｈｎｈ００３，ｉａ；ｇｎｅｉｇ，ｉｅｓｔｏｈｎｈｉｆｒＳｉｎｅａｄＴｅｈｎｌｇＳａｇａ２０９Ｃｈｎｙｉ

一种基于光纤光栅的液位传感探头[发明专利]

专利名称：一种基于光纤光栅的液位传感探头
专利类型：发明专利
发明人：梅影,王学锋,杨潇君,白雪菲,李瑞艳,杜瑞,潘亮申请号：CN202011539309.X
申请日：20201223
公开号：CN112525297A
公开日：
20210319
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种基于光纤光栅的光纤液位传感探头。

液位传感探头包含长周期光纤光栅以及复合材料外护套。

长周期光纤光栅通过测量周围环境折射率的变化测量液位信息。

纤芯材料为掺锗或者硼的二氧化硅，内包层为二氧化硅，外包层材料为掺氟的二氧化硅，外护套为聚四氟乙烯等复合材料。

传感器利用光纤作为敏感元件以及传输通道，调制光的传播行为方式，通过测量光波参数的变化，获得精确液位信息。

测量手段本质安全，传感器前端无源，不需要连接复杂的电缆，没有电火花的风险，同时适用于超低温环境。

申请人：北京航天控制仪器研究所
地址：100854 北京市海淀区北京142信箱403分箱
国籍：CN
代理机构：中国航天科技专利中心
代理人：范晓毅
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基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅的传感特性研究

基于飞秒激光直写法制备的长周期光纤光栅的传感特性研究光纤光栅类传感器具有体积小、耐高温、高压和抗电磁辐射干扰等优点,因此在涉及国防工业、航空航天等极端苛刻环境的传感领域中,受到了国内外专家学者们的青睐。

长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)作为光纤光栅传感器大家族的重要成员之一,与光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)相比,LPFG光栅周期更大,通常为几十到几百微米,在内部是同向的纤芯基模和包层模之间的相互耦合,耦合波长对外界环境参量变化更加敏感,具有更高的温度、应变和折射率灵敏度,同时其还具备插入损耗小、带宽宽、背向反射低等优点,在光通讯和光纤传感领域有广阔的发展前景。

传统的紫外(UV)激光刻写光栅技术可以制备出光谱性能优异的光纤光栅。

但是这种方法需要事先对光纤进行增敏化处理,而且在温度过高的环境中(400℃以上),会发生折变量的退化。

飞秒激光技术作为近些年来光栅制作工艺的巨大突破,其对刻写的光纤没有光敏性要求,而且能够承受高温环境(1000℃),增加了光纤光栅的实际应用价值。

我们以飞秒激光微纳加工技术为手段,采用800nm红外飞秒激光,通过激光扫描直写法在单模石英光纤中制备LPFG。

本文的主要工作有如下几个方面:1.阐述了飞秒激光诱导透明介质折射率变化机理,由于飞秒激光具备超短激光脉冲和极高峰值功率,飞秒脉冲在短于晶格热扩散时间内(皮秒量级)将能量聚集在激光聚焦区域,原子核外电子在飞秒量级内吸收多个光子而瞬间激发跃迁至高能级导带引发“光致电离”和“雪崩电离”这两种非线性效应最后使得电介质材料聚焦区域瞬时高能沉积诱使化学键断裂,即使该部分区域收缩或形成缺陷,即使该部分材料折射率发生变化。

又探讨了光纤光栅的耦合模理论,分析在LPFG中模式耦合特性。

2.采用飞秒激光扫描直写法制备性能良好的LPFG、利用该方法的光栅周期、长度、加工位置可控的优势,我们用60×油浸奥林巴斯物镜聚焦飞秒激光于纤芯内部,沿光纤轴向扫描刻写了光栅周期200μm~500μm的LPFGs。

使用matlab计算长周期光纤光栅的有效折射率

长周期光纤光栅透射谱的理论模拟在我们研究长周期光纤光栅的各方面属性的过程中，耦合模理论提供了精确有效的解，从而被我们广泛采纳。

我们可以验证，直流耦合率和交叉耦合率之和等于一，这说明用直流耦合率和交叉耦合率来表示透射谱和反射谱是恰当的。

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维普资讯 http://www.cqvip源自com第２３卷第４期
２００８年８月
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光电技术应用
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Ｖ１２Ｎｏ４ｏ．３，．Ａｕｕｔ２０ｇｓ．０８
文章编号：６３—１５（０８０ —０３ —０１７２５２０）４０５４
长周期光纤光栅（Ｐ）有制作成本低、背Ｌ具无向反射、结构紧凑等优点，已广泛地应用于光传感领域．传统工业生产中测量折射率和浓度使用的阿与
在简要概括长周期光纤光栅折射率传感原理的基础上，介绍了国内外折射率传感器实现温度补偿
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贝折射计相比，长周期光纤光栅传感器耐高温、防腐蚀，电磁干扰，抗可实现在线检测，且具有很高的折射率敏感性，别适宜折射率传感，特用于化学溶液浓度检测、面检测等［１但是由于长周期光纤光液卜３．
折射率传感．简要概括了长周期光纤光栅折射率传感的基本原理，介绍了基于长周期光纤光栅的折射率传感器的研究进展，目前的研究重点集中在克服温度交叉干扰、提高传感精度以及拓宽传感范围的方面，比较了各种方案的优缺点．
关键词：光纤光学；长周期光纤光栅；折射率传感
基于长周期光纤光栅的折射率传感器
鲁韶华，，许鸥，一冯素春，裴丽，简水生
（．１全光网络与现代通信网教育部重点实验室，北京１０４２北京交通大学光波技术研究所，００４；．北京１０４）００４
摘
要：长周期光纤光栅具有制作成本低、背向反射、无结构紧凑等优点，且对外界折射率变化有较高的敏感性，特别适用于
中图分类号：Ｐ１．Ｔ２２２文献标识码：Ａ
ＲｅｒｃｉｅＩｄｘＳｎｏｓＢａｅｎＬｏ－ｒｏｂｅａｉｓｆａｔｖｎｅｅｓｒｓｄｏｎｇＰｅｉｄＦｉｒＧｒｔｎｇ
ＬＵｈｏｈａ一，ＸＵ，ＦＥＳａ —ｕＯｕＮＧｕｃｕ，ＰｉＩＳ —ｈｎＥＩＬ，ＪＡＮｈｉｈｎＳｕ— ｅｇｓ。
（．ＫｙＬｂｏｌＯｔａｔｒ＆ＡｖｎｅｅｃｍｍｕｉｔｎＮｔｒｆＥ１ｅａｆＡｌｐｉｌｗｏｋｃＮｅｄａｃＴｌｏｄｅｎｃｉｅａｏｗｏｋｏＭＣ，ｅｉｇＪａｔｇＵｉｅｓｙ，Ｂｉｎｉｏｎｎｖｒｉｊｏｔ
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