光纤布拉格光栅FBG

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光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术

光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术电子传感器数十年来一直作为测量物理与机械现象的标准机制。

尽管具有普遍性，却因为种种限制，在许多应用中显得缺乏安全、不切实际或无法使用。

基于光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术，利用“光”作为介质取代“电”，使用标准光纤替代铜线，从而克服种种的挑战：由于光纤不导电且电气无源的良好特性，可以消除由电磁干扰(EMI)引起的噪声影响，并且能在少量损耗乃至不损耗信号完整性的前提下远距离传输数据。

此外，多个FBG传感器可沿一根光纤通过菊花链(daisy chain)方式连接，极大减少了测量系统的尺寸、重量和复杂性。

1.FBG 光学传感器基础1.1概述近几十年以来，电气传感器一直作为测量物理与机械现象的标准设备发挥着它的作用。

尽管它们在测试测量中无处不在，但作为电气化的设备，他们有着与生俱来的缺陷，例如信号传输过程中的损耗，容易受电磁噪声的干扰等等。

这些缺陷会造成在一些特殊的应用场合中，电气传感器的使用变得相当具有挑战性，甚至完全不适用。

光纤光学传感器就是针对这些应用挑战极好的解决方法，使用光束代替电流，而使用标准光纤代替铜线作为传输介质。

在过去的二十年中，光电子学的发展以及光纤通信行业中大量的革新极大地降低了光学器件的价格，提高了质量。

通过调整光学器件行业的经济规模，光纤传感器和光纤仪器已经从实验室试验研究阶段扩展到了现场实际应用场合，比如建筑结构健康监测应用等。

1.2光纤传感器简介从基本原理来看，光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其传播的光波的一个或几个属性，比如强度、相位、偏振状态以及频率等。

非固有型 (混合型) 光纤传感器仅仅将光纤作为光波在设备与传感元件之间的传输介质，而固有型光纤传感器则将光纤本身作为传感元件使用。

光纤传感技术的核心是光纤–一条纤细的玻璃线，光波能够在其中心进行传播。

光纤主要由三个部分组成：纤芯(core)，包层(cladding)和保护层(buffer coating)。

光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理

光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理光纤布拉格光栅传感器，简称FBG传感器，这可是个神奇的东西哦！它不仅可以测量温度，还能测量应变，简直就是个万能的小助手。

今天，我就来给大家聊聊这个神奇的小家伙是怎么工作的，让我们一起揭开它的神秘面纱吧！我们来了解一下FBG传感器的基本结构。

它是由一系列周期性折射率不同的光纤组成的，这些光纤就像一根根细细的琴弦，当光线通过它们时，会发生折射现象。

而这种折射现象正是FBG传感器测量温度和应变的关键所在。

FBG传感器是如何测量温度的呢？其实，这就要靠那些神奇的光纤了。

当阳光或者光源照射到光纤上时，光纤中的原子会吸收一部分光线，使得光线在光纤内部发生反射。

而反射回来的光线经过多次反射后，最终到达了FBG传感器的检测器。

检测器会根据反射光线的强度和时间变化来计算出光纤的温度。

是不是很厉害啊！我们再来聊聊FBG传感器是如何测量应变的。

其实，这也是利用了光纤的折射现象。

当FBG传感器受到外力作用时，光纤会发生形变，从而导致折射光线的变化。

而这种变化又被检测器捕捉到，从而计算出了应变的大小。

是不是感觉FBG传感器就像一个神奇的变形金刚一样，可以感知到周围的变化呢！FBG传感器有哪些应用呢？其实，它的应用范围非常广泛。

在建筑行业中，它可以用来检测混凝土的结构变化；在医疗行业中，它可以用来监测人体的生理指标；在汽车制造行业中，它可以用来检测车身的变形情况。

只要有需要测量温度和应变的地方，FBG传感器都可以派上用场哦！当然啦，虽然FBG传感器非常神奇，但它也有一些局限性。

比如说，它的灵敏度有限，不能用来检测非常微小的应变；而且，它的精度也有一定的误差。

随着科技的发展，相信这些问题都会得到解决的。

今天关于光纤布拉格光栅传感器测量温度和应变的原理就给大家介绍到这里了。

希望对大家有所帮助哦！下次再见啦！。

(完整版)第5讲光纤布拉格光栅(FBG)解读

最大反射率为 R(l, ) tanh2 (l)
反射谱带宽为
Bs
(
n 2 n0
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2
(
1 N
)2
光电子技术精品课程
光纤的光敏特性

❖ 掺杂光纤光敏性机理
▪ 掺杂物质与SiO2混合时形成的结构缺陷 ▪ 外界光场作用下通过单光子或双光子吸收
过程使错位键破裂形成色心 ▪ 标准光纤：GeOx ▪ 其它掺杂物质：Erbium（铒）, Europium
▪ 倍频氩离子激光器 ▪ 准分子激光器 ▪ 倍频铜蒸气激光器 ▪ 倍频可调谐染料激光器 ▪ 倍频可调谐OPO ▪ 三倍频YAG激光器 ▪ Alexandrite(紫翠玉)激光器
❖ FBG写入技术分类
▪ 内部写入法 ▪ 双光束干涉法 ▪ 掩模法 ▪ 模板+双光束干涉法 ▪ 逐点写入法 ▪ 其它写入法
FBG写入技术
（铕）, Cerium（铈）
❖ 影响光纤光敏性的因素
▪ 掺杂种类与掺杂浓度 ▪ 预制棒：缩棒后光敏性高于缩棒前 ▪ 拉纤速度影响光纤光敏性 ▪ 光纤光敏性与曝光时所施加的应力有关
❖ 增加光纤光敏性的方法 ▪ 低温载氢处理
• 压力：20—750atm(典型150atm)，温度：20—75℃，时间：数十小时至数天
❖ ⅡA（Ⅲ）类光栅
▪ 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成 ▪ 较高UV曝光量（＞ 500J/cm2)， ▪ 结构重构引起折射率变化 ▪ 折射率变化⊿n＜0 ▪ 温度稳定性较好（500℃） ▪ 可使脉冲或连续激光
❖ Ⅱ类光栅
▪ 极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度 ▪ 物理破坏引起折射率变化 ▪ 折射率变化⊿n可达10-2 ▪ 温度稳定性好（800℃） ▪ 只能使用脉冲激光

光纤布拉格光栅(FBG)

多功能FBG
研发具有多参量感知能力的FBG，如同时感知温度和应变，提高FBG在实际应用中的多功能性。
耐久性和稳定性
提高FBG的长期稳定性和耐久性，使其在恶劣环境下仍能保持可靠的传感性能。
FBG在物联网领域的应用前景
智能交通
工业自动化
利用FBG传感器监测道路状况、车辆速度和流量等信息，提高交通管理效率和安全性。
光纤布拉格光栅(FBG)
contents
目录
• 引言 • FBG的基本原理 • FBG的制造工艺 • FBG的应用案例 • FBG的未来发展与挑战 • 结论
01 引言
FBG的定义与特性
定义
光纤布拉格光栅是一种特殊的光纤结构，通过在光纤中产生周期性的折射率变化，实现对特定波长光的反射。
特性
FBG具有窄带反射特性，反射光谱范围窄、精度高、稳定性好，且易于与光纤系统集成，适用于长距离、高可靠性的光信号传输和传感应用。
写入技术
目前最常用的写入技术是采用紫外激光干涉法，通过在光纤上产生干涉图案来形成光栅。
写入速度与精度
提高写入速度和精度是关键技术难点，这有助于提高生产效率和降低成本。
FBG的性能参数与测试方法
性能参数
01
光纤布拉格光栅的性能参数包括反射光谱、温度稳定性、机械
稳定性等。
测试方法
02
对光纤布拉格光栅的性能参数进行测试，可以采用光谱分析仪、
优势
FBG具有高灵敏度、高精度、抗电磁干扰等优势，使其在许多领域中成为理想的选择。
未来发展前景
随着科技的不断发展，FBG的应用前景将更加广阔，其在各个领域中的价值也将得到更充分的体现。
FBG的未来发展方向与挑战

第5讲光纤布拉格光栅(FBG)解读

• •

掺N2（氮气）
• SPCVD过程中，加入0.1%氮气可使光敏性加倍 • 折射率变化～2.8×10-3
高温载氢处理
• 在含氢1mol%环境下，使用CO2激光将光纤加温至600℃ • 短时间（10秒）内增加光纤的光敏性
光电子技术精品课程
光纤光栅分类
Ⅰ类光栅
掺杂浓度较低的光纤内形成较低UV曝光量局部缺陷引起折射率变化折射率变化⊿n～10-5—10-3＞0 温度稳定性较差（300℃）可使脉冲或连续激光，前者更有效掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成较高UV曝光量（＞ 500J/cm2)，结构重构引起折射率变化折射率变化⊿n＜0 温度稳定性较好（500℃）可使脉冲或连续激光极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度物理破坏引起折射率变化折射率变化⊿n可达10-2 温度稳定性好（800℃）只能使用脉冲激光
WDM Transmitters
• Source lasers (CW, DML) • Lithium niobate optical assemblies and modulators • Wavelockers • Tx/Rx modules
WDM Mux/Demux
• Thin film filters • Fibre gratings • Waveguides • Diffr. gratings • Circulators • Interleavers • Mux/Demux modules
光致折射率变化的阈值特性(右上图)
折射率变化的温度稳定性(右下图)
光致折射率变化使光纤处于一种亚稳态在一定温度下，折射率变化变小甚至完全消失

光纤布拉格光栅(fbg)反射谱和投射谱

光纤布拉格光栅(fbg)反射谱和投射谱光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）是一种在光纤中制造的周期性折射率调制结构。

它可以实现对光信号的反射和透射控制，因此在光通信、光传感和光纤激光器等领域有着广泛的应用。

FBG的反射谱和投射谱是FBG的重要特性之一，下面将对其进行详细介绍。

1.反射谱FBG的反射谱是指当光信号入射到FBG上时，被FBG反射的光的频谱特性。

当光信号穿过光纤进入FBG后，根据FBG的周期性折射率变化，会发生部分光的反射。

这些反射光的波长取决于FBG的周期和折射率调制情况。

反射谱可以通过光谱仪或光频谱分析仪来测量和观察。

典型的FBG反射谱是一个窄带滤波器，其反射峰的位置和宽度与FBG的物理参数和环境条件相关。

由于FBG 的周期性调制结构，反射谱通常呈现出周期性重复的特点。

2.投射谱FBG的投射谱是指当光信号经过FBG时，透射到光纤另一侧的光的频谱特性。

由于FBG具有特定的反射特性，它可以作为一个选择性滤波器，在特定的波长范围内使光透射，而在其他波长处进行反射或吸收。

投射谱的形状和特性取决于FBG的设计和制备参数，包括周期、折射率调制情况等。

通过调整这些参数，可以实现不同的投射谱特性，如带通滤波、带阻滤波、多通道滤波等。

3.应用FBG的反射谱和投射谱在许多应用中发挥着重要作用：-光通信：FBG可用作光纤传感器，通过测量反射谱变化来检测温度、压力、形变等物理量。

-光纤传感：利用FBG的反射谱特性，可以实现对光纤周围环境的监测，如油气管道的泄漏检测、结构的应力监测等。

-光纤激光器：FBG可用作激光器的频率选择性元件，调节反射谱特性来实现激光器的单模操作和波长选择。

总之，FBG的反射谱和投射谱是FBG的重要特性之一，它们描述了FBG对光信号的反射和透射特性。

通过测量和分析反射谱和投射谱，可以实现对FBG的性能和应用进行评估和优化，为光纤通信、光传感和光纤激光器等领域的应用提供基础支持。

FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势

时分复用（TDM）系统采用宽带脉冲光源并通过光源从光栅的返回信号到达检测器所需的时间来区分不同的光栅。与调制解调单元距离小的光栅处的脉冲比间距大的先接收到。下图所示的为与调制解调单元有不同间距l的布拉格光栅阵列。从距离为li的布拉格光纤光栅返回的脉冲所需的时间ti 由下式决定：
ti = 2li c/n式中，c为光在真空中传播的速度，n为光纤的折射率。确定阵列中光栅的位置后，可使用如前所述的无缘倾斜滤波器来确定每个脉冲在其到来时的波长。当然，也可使用高速分光计。
3
三．布拉格光纤光栅传感技术优势
布拉格光纤光栅传感技术及其优势
基于布拉格光纤光栅（FBG）的传感器相对于传统的电子传感器技术具有很多重大优势：适用于严苛环境布拉格光纤光栅传感器完全无源，没有使用任何仪表无法工作的地方长期工作。抗电磁干扰布拉格光纤光栅传感器的无源特性的另一个好处就是它们不受到静电、电磁及无线电频率源的干扰。所以它们可以安装在发电站等具有严重电子噪声的场所。另外，由于无源，本质上它们是100%安全的，它可用于大多数危险爆破环境。远程感应光纤是一个效率非常高的信号载体。因此，电子调制解调单元可安装在距传感器位置几十千米的地方。而传统电子应变测量系统需要适当放大以防止噪声淹没信号。对于监测油井、提升柱、管道或隧道等长距离、偏远建筑结构，此特点具有特有和巨大的好处。光学传感器没有引线的影响，由于布拉格光纤光栅传感系统的被测量为波长，它不受到信号衰减的影响，所以远端的传感器信号在沿着较长光纤传输的过程中不可能发生错误。长期稳定性布拉格光纤光栅传感器的另一个优点是其对于远程监控具有长期的稳定性。作为无源传感器，布拉格光纤光栅具有零漂移的特性，因而可以使用很多年而不需要重新标定。将传感器安装在结构上，然后连接到调制解调设备，每隔几年采集一次数据，就可获得结构自上次读数后的真实动作情况。由于一个调制解调单元可用于很多结构，这大大增加了这项科技的经济优势。微小尺寸刻录布拉格光栅的光纤非常小，直径只有约0.15mm。因此，很多传感器可应用于非常小扰动的结构。特别地，光纤传感器阵列可以嵌入复合材料，用于检测内部应变、温度和损伤，而不影响复合材料的结构性能。

光纤光栅与光纤布拉格光栅的区别

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光纤布拉格光栅(FBG)介绍

光纤布拉格光栅(FBG)介绍1 介绍FBG是Fiber Bragg Grating的缩写，即光纤布拉格光栅。

在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。

利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。

这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。

目前应用主要集中在光纤通信领域(光纤激光器、光纤滤波器)和光纤传感器领域(位移、速度、加速度、温度的测量)。

近年来，随光纤光栅的重要性被人们所认识，各种光纤光栅的制作方法层出不穷，这些方法各有其优缺点，下面分别进行评述。

2光纤光栅制作方法2.1光敏光纤的制备采用适当的光源和光纤增敏技术，可以在几乎所有种类的光纤上不同程度的写人光栅。

所谓光纤中的光折变是指激光通过光敏光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化，如这种折射率变化呈现周期性分布，并被保存下来，就成为光纤光栅。

光纤中的折射率改变量与许多参数有关，如照射波长、光纤类型、掺杂水平等。

如果不进行其它处理，直接用紫外光照射光纤，折射率增加仅为(10的负4次方)数量级便已经饱和，为了满足高速通信的需要，提高光纤光敏性日益重要，目前光纤增敏方法主要有以下几种：1)掺入光敏性杂质，如：锗、锡、棚等。

2)多种掺杂(主要是B/Ge 共接)。

3)高压低温氢气扩散处理。

4)剧火。

2.2成栅的紫外光源光纤的光致折射率变化的光敏性主要表现在244nm紫外光的错吸收峰附近，因此除驻波法用488nm可见光外，成栅光源都是紫外光。

大部分成栅方法是利用激光束的空间干涉条纹，所以成栅光源的空间相干性特别重要。

目前，主要的成栅光源有准分子激光器、窄线宽准分子激光器、倍频Ar离子激光器、倍频染料激光器、倍频OPO激光器等，根据实验结果，窄线宽准分子激光器是目前用来制作光纤光栅最为适宜的光源。

FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势

FBG布拉格光纤光栅传感技术及其优势FBG（Fiber Bragg Grating）布拉格光纤光栅传感技术是一种基于光纤传感器原理的测量技术。

它通过在光纤的光学纤芯中添加一个周期性折射率改变的光栅结构，实现了对光波的波长选择性反射，从而实现对光波的测量和传感。

FBG光栅传感技术具有很多优势，本文将详细介绍。

首先，FBG光栅传感技术具有很高的灵敏度和精度。

光纤光栅结构的周期性折射率改变能够引起光波的波长选择性反射，从而使得传感器能够在不同的波长上进行测量。

由于光栅的周期性结构可以通过微调光栅的制备参数进行优化，因此光栅传感器可以在特定的波长上实现极高的灵敏度和精度。

其次，FBG光栅传感技术具有很高的可重复性和稳定性。

光纤材料具有优良的化学稳定性和热稳定性，使得光纤光栅传感器在长期使用中能够保持良好的性能。

此外，由于光栅结构是在光纤材料中编写的，因此它不会受到外界环境的干扰，如机械振动、电磁干扰等，从而进一步保证了传感器的可靠性和稳定性。

第三，FBG光栅传感技术具有很高的兼容性和可扩展性。

光纤光栅结构可以与光纤的各种特性相结合，如单模光纤、多模光纤、光纤喇叭片等，从而可以实现对不同物理量的测量，如温度、应力、压力、湿度等。

同时，由于光栅结构是分布式传感器，因此可以在一根光纤上实现多个光栅结构，从而实现多参数的测量，具有很高的可扩展性。

第四，FBG光栅传感技术具有很高的抗干扰能力和远程监测能力。

光栅传感器的工作原理是通过测量被反射回来的光强来获取待测物理量信息，这种工作方式使得光栅传感器能够抵抗外界的光强波动和光纤传输损耗等因素的影响。

此外，光栅传感器可以与光纤网络相结合，实现远程监测和网络传输，从而实现对远程目标的实时监测和控制。

最后，FBG光栅传感技术具有很高的经济性和应用潜力。

光纤光栅传感器的制备工艺相对简单和成熟，制备成本相对较低，从而降低了传感器的成本。

此外，光栅传感器的应用领域非常广泛，包括航空航天、电力、交通、石油化工等行业，具有很大的市场潜力。

光纤布拉格光栅-[自动保存的]

动实考自惠核觉的后去东需做西要的员在 ︒工奖是惩不上会跟内部写入法制作光纤光栅的实验装置主上 ︐
要求：严格要求氩离子激光器的后向反射光的隔离度光纤放在石英管之中隔热（防止泵浦激光的不稳定）
优点：装置简单，方法简单。
缺点：谐振波长与入射光波长一致。折射率改变较小
3.FBG的制作方法
2.FBG的原理
动实考自惠核觉的后去东需做西要的员在 ︒工奖是惩不上会跟主上光纤布拉格光栅的模式耦合图 ︐
光纤光栅通常以一级衍射为主，取m=-1,
3.FBG的制作方法
（1）高掺锗
原理
自觉去做的 ︒
光纤的光敏性
（2）硼锗共掺（3）高压载氢（4）锡锗共掺
飞秒激光加工：飞秒激光脉冲借助极短的脉冲宽度和极高的峰值功率，可以在石英光纤内诱导获得较大的折射率调制从而形成光纤光栅。
光纤光栅
（a）
（b）
动实考自惠核觉的后去东需做西要的员在 ︒工奖是惩不上会跟主上 ︐
Thanks
自觉去做的 ︒
飞秒激光刻写光纤光栅的原理
3.FBG的制作方法
动实考自惠核觉的后去东需做西要的员在 ︒工奖全息干涉法制作光纤布拉格光栅是惩不上会跟主上 ︐
相位掩膜法制作光纤布拉格光栅
3.FBG的制作方法
优点： 1.飞秒激光制备光纤光栅具有更好的加工灵活性；动实考自惠核觉的后去东需做西要的员在 ︒工奖是惩飞秒激光逐点写入法制作光纤布拉格光栅不上会跟主上 ︐
相位掩膜法制作光纤光栅的实验装置
3.FBG的制作方法
（5）在线成栅
光纤拉丝塔下横向侧面干涉曝光法光纤光栅在线制作装置示意图

FBGDFBFP三类激光器的比较分析

FBGDFBFP三类激光器的比较分析FBG（Fiber Bragg Grating）激光器、DFB（Distributed Feedback）激光器和FP（Fabry-Perot）激光器是三种常见的光纤激光器。

它们在结构、工作原理、性能等方面有很大的差异。

下面，我将对它们进行比较分析。

首先，从结构上看，FBG激光器和DFB激光器都采用了光纤光栅，而FP激光器则是基于Fabry-Perot腔。

光纤光栅可以通过改变光纤的折射率分布来实现波长选择性反射，而FP激光器中的Fabry-Perot腔则是由两面反射镜构成的。

其次，从工作原理上看，FBG激光器和DFB激光器都是基于布拉格散射原理工作的，利用光栅的回波特性产生激光输出。

而FP激光器则是基于共振腔效应工作的，激光通过腔内的反射镜来得到增强。

再次，从性能上看，FBG激光器和DFB激光器具有较窄的光谱宽度和较高的光谱纯度，可以实现单纵模输出。

它们还具有较好的频率稳定性和较低的噪声水平，适用于需要精确频率输出的应用场景。

而FP激光器的光谱宽度较宽，有时候会出现多模输出，频率稳定性和噪声水平相对较差。

此外，FBG激光器和DFB激光器可以通过改变光栅的周期和折射率分布来实现波长调谐。

而FP激光器则需要调整腔内反射镜之间的距离来实现波长调谐。

最后，从应用领域上看，由于FBG激光器和DFB激光器具有较好的频率稳定性和光谱纯度，它们适用于光纤通信、光纤传感和光谱分析等领域。

而FP激光器则适用于光纤传感、光纤传输和光纤惯性导航等应用。

综上所述，FBG激光器、DFB激光器和FP激光器在结构、工作原理、性能和应用领域上存在差异。

选择合适的激光器要根据具体需求和应用场景来进行综合考虑。

光纤布拉格光栅FBGppt课件

为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
实验原理
1、微波迈克尔逊实验
接收喇叭接收到两列同频率、同振动方向的微波，当两列波的位相差为：
的偶数倍：干涉加强
A固定反射板
的奇数倍：干涉减弱
发射喇叭
A板固定，B板移动，到接收喇叭电流计表头从一次极小变到又一次极小时，则B板移动/2的距离，由此可求得平面波的波长
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
最新进展
3、可调波长DFB/ DBR激光器基本工作原理也是以布拉格衍射效应为基础，通过改变注入到布拉格光栅区的电流，(根据等离子体效应) 使光栅区的有效折射率发生改变，其布拉格波长也就会有相应的移动。
4、光纤布拉格光栅( FBG) 采用全息曝光技术在光纤上制作各种波长的布拉格光栅。
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
实验仪器
本实验采用北京大华无线电仪器厂生产的 DH926AB型微波分光仪，结构图如图所示。
A固定板发射喇叭
B移动板
接收喇叭
检流计
微波信号源
微波迈克尔逊干涉装置图
图2、布拉格衍射实验原理图
为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益
实验内容
1、测量微波迈克尔逊干涉过程中B板每次移动的位移值及对应的接收信号强度，要求B板移动每次以尽可能小（如1mm）的步长移动，但总移动距离应尽可能大，使干涉极大和极小出现的次数多些。然后用不同级的干涉极大或极小根据公式求微波波长。

光纤布拉格光栅介绍

光纤布拉格光栅介绍光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating, FBG）是一种利用光纤自身制作的光学滤波器，具有狭窄的光频选择性和温度、应变等参数的灵敏度。

它在光通信、传感、光谱等领域有着广泛的应用。

本文将对光纤布拉格光栅的工作原理、制备方法以及应用进行详细介绍。

光纤布拉格光栅是通过在光纤的折射率分布中形成周期性的折射率变化来实现的。

这种周期性变化的折射率分布可以实现光的反射，产生一个特定的波长范围内的反射光谱特征。

光纤布拉格光栅的工作原理可以用光波的布拉格反射（Bragg reflection）来解释。

布拉格反射是指当光波从两个折射率不同的介质交界面垂直入射时，会产生一定的反射光。

而在光纤布拉格光栅中，通过周期性的折射率变化，可以形成类似的反射波。

当光波传输到光纤布拉格光栅中时，一部分光波会被布拉格光栅反射，形成特定波长的反射光谱特征。

这个特定波长与布拉格光栅的周期性折射率变化以及入射光波的角度和波长等因素有关。

制备光纤布拉格光栅的方法有多种，常见的方法包括干涉法、相位控制法、光刻法等。

其中，干涉法是最常用的一种方法。

该方法使用两束光波的干涉产生布拉格光栅的周期性折射率变化。

通过调节其中一束光波的频率或角度，可以实现所需的布拉格波长。

相位控制法则是通过对光纤进行局部加热或拉长控制相位的变化，从而形成周期性的折射率变化。

光刻法是将光敏感材料涂覆在光纤表面，利用光的曝光和显影过程形成布拉格光栅。

光纤布拉格光栅在光通信领域的应用非常广泛。

它可以用作滤波器，实现波分复用技术，将多个波长的光信号传输在同一根光纤中。

同时，光纤布拉格光栅还可以用于光纤传感。

由于其具有温度、应变等参数的灵敏度，可以通过监测光纤布拉格光栅的反射光谱变化，实现对环境参数的实时监测。

光纤布拉格光栅传感技术已广泛应用于温度、压力、应变、流速、湿度等传感领域。

除了光通信和传感领域，光纤布拉格光栅在其他领域也有重要的应用。

例如，在激光器中，光纤布拉格光栅可以用作模式锁定元件，实现激光的稳定输出。

光纤布拉格光栅fbg补偿色散的原理

光纤布拉格光栅fbg补偿色散的原理
光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）可以通过调制
光纤的折射率周期性变化来实现光的反射和传输。

它的主要原理是利用光纤独特的色散特性，通过FBG对光信号进行调制，从而实现对光信号的补偿色散。

光纤的色散是指光在光纤中传播时由于不同波长的光速度不同而产生的相位差。

波长较短的光速度较快，波长较长的光速度较慢。

这种波长对光速度的依赖关系导致了光在传播过程中的时间延迟现象，即不同波长的光在传输过程中到达目的地的时间不同。

这种时间延迟会导致光信号在传输过程中发生色散，即不同频率的光在传输过程中的相对相位差发生变化。

FBG是一种光纤中周期性改变折射率的结构，可以通过调制
折射率的周期变化来对不同波长的光进行反射和传输。

当光信号经过FBG时，不同波长的光会被不同的光栅反射，而波长
与光栅周期之间的匹配情况会决定反射的强度。

在补偿色散的过程中，输入的光信号会经过FBG反射出来，
然后再次经过FBG传输到目的地。

通过调整FBG的反射波长
以及FBG的衍射效果，可以实现对光信号的调制和对色散的
补偿。

当输入光信号经过FBG反射出来后，利用色散器将其
分解为不同波长的光，然后再将分解后的光重新聚焦到光纤上。

经过这样的处理，不同波长的光分量的传播时间延迟可以被补偿，从而达到补偿色散的目的。

通过光纤布拉格光栅的补偿色散原理，可以实现对光信号的高质量传输和处理，提高光纤通信系统的性能和传输距离。

光纤布拉格光栅传感器

布拉格光纤光栅复用传感技术具有减少昂贵的传感元件、降低系统成本、节省能量和使用空间等优点。当布拉格光纤光栅受到应力作用或环境温度改变时，它的布拉格波长按照一定的规律发生漂移，也就是说布拉格光纤光栅传感器是波长唯一编码的。当各个光栅光谱空间必须互不重叠时，我们可以方便地将波分复用技术应用于FBG传感系统中。
(8.3-16)
由于掺杂成分和掺杂浓度的不同，各种光纤光栅的压力灵敏度差别较大。
8.3.2 解调技术
解调方法高折射环形镜边缘滤波法
匹配光纤光栅滤波法
优点
可进行静态和动态应变的测量
反射方式:系统结构简单、造价低廉；透射方式：信号光利用率高，分辨率比前者高
缺点分辨率较低反射方式：系统信噪比较低；
式(8.3-3)、(8.3-4)结合(8.3-1)，可知 Bragg 光栅的波长在变化的温度场中的表达式为
B / B ( ) T Bragg 波长的变化与温度之间的变化有良好的线性关系，光栅的温度灵敏度为
KT B / T ( ) B
(8.3-5) (8.3-6)
8.3.1.2 应变传感原理应变影响 Bragg 波长是由于光栅周期的伸缩和弹光效应引起的。假设光纤光栅仅受轴向应力作用，温度场和均匀压力场保持恒定。轴向应力会引起光栅栅距的改变
有效折射率的变化为
z
(8.3-7)
[P12 (P11 P12 )] z
(
1 ne2ff
)x, y,z
[P12 [P12
(P11 P12 )] z 2P12 ] z
x方向 y方向 z方向
(8.3-8)
式中，Pij 是弹光系数，ν 是纤芯材料泊松比（下同）。
沿 z 轴方向传播的光波所经受的折射率的变化为

基于光纤布拉格光栅的结构健康监测成像系统

基于光纤布拉格光栅的结构健康监测成像系统一、光纤布拉格光栅简介光纤布拉格光栅（FBG）是一种在光纤纤芯中写入的周期性折射率调制结构。

它具有独特的光学特性，能够对特定波长的光进行反射。

其基本原理基于布拉格衍射，当满足布拉格条件时，入射光会在光栅处被反射，反射光的波长与光栅的周期以及光纤的有效折射率等因素有关。

光纤布拉格光栅具有很多优点。

首先，它体积小、重量轻，易于集成到各种结构中。

其次，它具有良好的线性度和重复性，能够准确地反映外界物理量的变化。

此外，它还具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀等特点，适用于各种恶劣环境下的监测应用。

1.1光纤布拉格光栅的制作方法光纤布拉格光栅的制作方法有多种。

其中一种常见的方法是采用紫外光写入技术。

通过将光纤置于含有光敏材料的环境中，利用紫外光照射光纤，使光纤纤芯的折射率发生周期性变化，从而形成光栅结构。

这种方法可以精确控制光栅的周期和折射率调制深度，能够制作出满足不同应用需求的光纤布拉格光栅。

另一种制作方法是采用飞秒激光写入技术。

飞秒激光具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度，可以在光纤中直接写入高质量的光栅结构。

这种方法不需要光敏材料，具有更高的灵活性和适用性，但设备成本相对较高。

1.2光纤布拉格光栅的光学特性光纤布拉格光栅的光学特性主要包括反射谱特性和透射谱特性。

反射谱特性是指光纤布拉格光栅对不同波长光的反射率随波长的变化关系。

当满足布拉格条件时，反射率会出现一个峰值，这个峰值对应的波长称为布拉格波长。

布拉格波长与光栅的周期和光纤的有效折射率成正比关系。

透射谱特性是指光纤布拉格光栅对不同波长光的透射率随波长的变化关系。

在布拉格波长处，透射率会出现一个最小值，这是因为大部分光在该波长处被反射。

通过对反射谱和透射谱特性的研究，可以深入了解光纤布拉格光栅的工作原理和性能，为其在结构健康监测成像系统中的应用提供理论基础。

二、结构健康监测成像系统概述结构健康监测成像系统是一种用于监测结构的完整性和健康状态的系统。