镀膜长周期光纤光栅透射谱研究
布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究
布拉格与长周期光纤光栅及其传感特性研究随着科技的发展，光纤传感技术在各个领域中得到了广泛应用。
光纤光栅作为一种重要的光纤传感元件，具有较好的实时性、远距离传输能力和高灵敏度等优点，在医学、工程、环境监测等领域中具有广泛的应用前景。
本文将对布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅及其传感特性进行研究探讨。
首先，我们来了解布拉格光纤光栅。
布拉格光纤光栅由一种周期性的折射率变化构成，可以将输入的连续光信号分成几个离散的波长成分。
通过调控光纤光栅的参数，如折射率调制和周期调制，可以实现对光信号的各种参数的测量。
布拉格光纤光栅传感器的工作原理是利用光纤光栅对周围环境参数的敏感性，通过监测光纤中散射光的强度变化来获得环境参数的相关信息。
布拉格光纤光栅的传感特性主要包括灵敏度、选择性和可靠性。
灵敏度是指传感器对测量目标的响应能力，通过优化光纤光栅结构可以提高传感器的灵敏度。
选择性是指传感器对目标参数的独立测量能力，通过优化光纤光栅的周期和谐振峰可以实现对不同目标参数的选择性测量。
可靠性是指传感器的稳定性和重复性，通过合理选择光纤材料和加工工艺可以提高传感器的可靠性。
接下来，我们来了解长周期光纤光栅。
长周期光纤光栅是一种周期大于波长的光纤光栅，其中周期通常为微米或毫米量级。
长周期光纤光栅的传感特性与布拉格光纤光栅有所不同。
长周期光纤光栅主要应用于抑制或增强特定频率的光信号，具有压力、温度和湿度等参数的敏感性。
长周期光纤光栅的传感特性主要包括增强系数、复合增强系数和等效折射率。
通过调节长周期光纤光栅的参数，如周期、长度和材料等，可以实现对光信号的不同频率成分的调制和增强或抑制。
最后，我们来探讨布拉格光纤光栅和长周期光纤光栅在传感领域的应用。
布拉格光纤光栅主要应用于光纤传感器、光纤通信和光纤激光等领域。
在光纤传感器领域，布拉格光纤光栅可以实现对温度、压力、应变、湿度等参数的实时测量。
在光纤通信领域，布拉格光纤光栅可以实现光纤传感器的远距离传输和分布式传感。
光纤布拉格光栅的透射光谱
光纤布拉格光栅的透射光谱光纤布拉格光栅是一种基于光纤的传感器装置，利用光纤中的布拉格光栅结构来实现光信号的调制和传输。
它具有便携性、高灵敏度和低损耗的特点，在光通信、光传感、光谱分析等领域得到广泛应用。
光纤布拉格光栅的原理是利用光纤中的光折射率周期性调制的特性，产生布拉格光栅。
在光纤中引入一束激光，经过光纤中的折射率调制区域，光信号将被调制后传输到另一端。
光纤布拉格光栅的关键部件是光纤中的折射率调制区域，通常是通过刻蚀、光敏效应或热效应等方法制作的。
光纤布拉格光栅的透射光谱是指光信号透过光纤布拉格光栅后的光谱分布。
光纤布拉格光栅由于其特殊的光学结构，具有准连续的光谱分布。
通过分析光纤布拉格光栅的透射光谱，可以获取光信号的频率、强度、相位等信息。
光纤布拉格光栅的透射光谱受到多个因素的影响，如光纤布拉格光栅的周期和形态、光纤材料的折射率、光纤布拉格光栅的长度和形状、光信号的波长和功率等。
其中，光纤布拉格光栅的周期和形态是决定透射光谱特征的关键因素。
光纤布拉格光栅的周期决定了光信号的频率分布，而光纤布拉格光栅的形态决定了透射光谱的波形。
一般情况下，光纤布拉格光栅的透射光谱呈现出多个峰的特征。
这是由于光纤布拉格光栅的周期性结构导致光信号在光纤中发生干涉，形成多个反射波，最终在输出端形成多个光峰。
光纤布拉格光栅的峰值波长与光纤布拉格光栅的周期有关，通过改变光纤布拉格光栅的周期，可以调节透射光谱的峰值波长。
除了周期影响外，光纤布拉格光栅的长度和形状也会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的长度决定了光信号在光纤中传输的距离，不同长度的光纤布拉格光栅会导致不同的光传输特性，进而影响透射光谱的形状和强度。
光纤布拉格光栅的形状也会影响透射光谱的形态，例如，光纤布拉格光栅的端面反射率、光纤的曲率等都会对透射光谱产生影响。
光纤布拉格光栅的透射光谱不仅可以用于光信号的频率分析，还可以用于光信号的强度测量。
通过测量透射光谱的峰值强度，可以获取光信号的功率信息。
长周期光纤光栅理论研究进展
摘 要 ：以光 纤 三层 模 型 为 基 础 ， 细 介 绍 了长 周 期 光 纤光 详 栅理 论 最 新 研 究 动态 ， 出 了对 正 弦 和 矩 形 两 种 折 射 率 调 制 给
１９ ９ ５年 ， ｎ ｓｒ ａ Ｖｅ ｇ ａｋ ｒ利 用 长 周 期 光 纤 光 栅
（ ｏ ｇＰ ｒ ｄＦｂ ｒＧｒｔ ｇ ： Ｐ Ｇｓ 解 决 了 带 阻 Ｌ ｎ ｅｉ ｉｅ ａｉ ｓ Ｌ Ｆ ） ｏ ｎ
维普资讯
第 １ ４卷
第 ４期
北 京 印 刷 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｉｎ ｎ ｔｔｔ ｆＧｒ ｐ ｉ Ｃ ｍｍｕ ｉａ ｉｎ ｏ ｒ ａ ｏ ｊ ｇＩ ｓｉｕｅｏ ａ ｈｃ ｏ Ｂｅ ｉ ｎｃ ｔ ｏ
２０ ０ ６年 ８月
Ａ ｕｇ ２ ０６ ． ０
Ｖｏ． Ｎｏ １ １４ ．４
长 周 期 光 纤 光 栅 理 Байду номын сангаас 研 究 进 展
张 国 生 ，王 政 平 ，王 成 ，马 仁 德
（．哈 尔滨 Ｔ程 大 学 理 学 院 ，哈 尔 滨 １ ００ ；２ １ ５ ０ １ ．北 京 印 刷 学 院 ，北 京 １２ ０ ） ０ ６０
收 稿 日期 ：２ ０ — ４２ ０ ６ ０ —４
前有 两种方 法来 解决这 一 问题 ： 一是 由 Ｇ ｕ ｓ ｙ等 ｒ ｂｋ
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第 ４期
张 国生 ， 王政 平 ， 王
成 ， 仁 德 ： 周 期 光纤 光栅 理 论 研 究 进 展 马 长
５ ３
型 的长 周 期 光 纤 光 栅 的 性 能 及 其 在 均 匀 和 非 均 匀 两 种 情 况 下 其传 输 谱 的 各 种最 新 求 解 过 程 及 方 法 ； 求 解 包 层 模 色散 在 方 程 得 到各 阶包 层模 式 的传 播 常 数 的基 础 上 ， 均 匀 折 射 率 对 调 制 型 光栅 的耦 合 系 数 、 振 波 长 透 射 系数 和 透 射谱 带 宽 的 谐
长周期光纤光栅的原理及制作方法
一．长周期光纤光栅的制作1）振幅掩模法 a UV 曝光振幅掩摸板写入不采用衍射光束干涉条纹“模制”折射率调制图案的办法，而是模板上刻好该图案，通过光学系统，将之投射到光纤上，纤芯折射率发生相应的变化而成栅的[16]。
写入后对其退火，以稳定光学特性。
振幅掩模板通常用于长周期光纤光栅的写入。
实验装置如图1所示。
因为长周期光纤光栅的周期一般为几百微米，掩模板的制作很方便，而且精确，容易得到保证，所以用这种方法制作的光栅，其一致性和光谱特性比较好，而且对紫外光的相干性没有要求。
图1 振幅掩模法制作LPFG 的实验装置b 离子注入将高能量离子注入到各种石英玻璃中可以产生高达约10-2的折射率变化。
利用这一特性可以用离子注入法在石英光纤中制作高性能的光纤光栅。
将高能量He 2+注入到光纤中制作LPFG [17]。
实验中所使用的方法是振幅掩模法，制作原理如图2所示。
经加速后的高能量He 2+通过金属掩模板注入到光纤上，加速能量为5．1MeV 。
掩模周期为170μm ，间距为60μm ，共29个周期。
注入20×1015He 2+／cm 2剂量后，在普通通信光纤中制作了在14l0nm 处约16dB 大损耗峰的LPFG 。
离子注入法产生折射率变化的机理可能是玻璃结构的致密化。
它的缺点是在包层中会感生很高的折射率变化。
不过，这一缺点可以通过选择窄间距的掩模板，使离子只注入到纤芯中来解决。
通过选择短周期的掩模板，也可以制作FBG 。
离 子图2 离子注入法写入LPFG 示意图2） 电弧感生微弯法利用电弧导致的永久微弯制造灵活剖面控制的LPFG [18]，如图所示。
光纤去除护套后，用两个相距5.5cm 的夹具笔直固定，然后将一个夹具沿与光纤轴向正交的方向向下位移大约100μm ，从而在光纤上产生一个横向的应力。
电弧在某一点放电时，在剪切应力的作用下产生微弯，微弯的幅度典型值小于1μm ，用这种方法制作的光栅谐振波长只与光栅周期有关，而与耦合强度无关，所以光栅的中心波长、反射率等特性易于控制。
长周期光纤光栅在生物和化学传感器领域研究进展
．
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｖ ｎｃ ｆｔ ｅ Ａｐ ｌｃ ｔｏ ｆＬｏ － ｒｏ ｓ ａ ｃ Ａｄ ａ ｅ ｏ ｈ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｎｇ Ｐｅ ｉ ｄ Ｆｉ ｅ ｒ ｔｎ ｎ Ｂｉｌ ｇｃ ｌａ ｄ Ｃｈ ｍ ｉａ ｅ ｏ ｓ ｂ ｒ Ｇ ａ ｉ ｇ ｉ ｏｏ ｉａ ｎ ｅ ｃ Ｓ ｎｓ ｒ ｌ
光纤作为化学传感器由于具有不受电磁干扰、 灵敏度高 、 质量轻、 体积小、 易与光纤系统兼容、 易于复用
（ 网 ）可 远距离 遥测监 控 、 联 、 能埋人 工程 结 构等 特 点 ， 在传 感 领域 备 受关 注 ， 已成 为 传感器 技术 领域 发 展 的
～
主流 方 向之 一 。
长 周期光 栅是指 周期 在 １ １０ ０ ｍ范 围 内的光栅 ， ２ 纪 ９ 代发展 起来 的一种新 型无 源光 学 ０～ ０ 是 ０世 ０年
的进展 。本文主要论述了近十几年来长周期光栅在化学和生物检测方面研究 的进展和应用 ， 并对其应用前景
作 了展 望 。
关键词 ： 长周期光栅 ； 传感器 ； 生物分 析 ； 化学分析
中 图分 类 号 ：Ｐ １ ．４ Ｔ ９ ９ １ ；０ ５ Ｔ ２ ２ １ ；Ｎ ２ ． １ ６ 文 献 标 识 码 ： Ａ
李秋 顺 ， 史建 国， 王少杰 ， 孙士青 ， 郑晖 ， 马耀 宏 ， 杨俊 慧
（ 山东省科学院生物研究所 ， 山东省生物传感器重点实验室 ， 山东 济南 ２ ０ １ ） ５０４ 摘要 ： 长周期光纤光栅 自 １９ ９ ６诞生 以来 ， 人们对其开展了广泛 的研究 ， 其应用尤其 是在传感领域 中有 了很大
器 件 ， 仅具有 常规光 纤 的优点 ， 不 而且还 具有背 向反射 损耗 低 、 敏度 高的特点 ， 灵 作为 光纤光 栅 的一个 重要分 支， 正越来 越受 到重视 。其基本 原理 是 当光沿着 光纤纤 芯 向前 传播 到长周 期光栅 的栅 区时 ， 纤芯 的基模 能从
长周期光纤光栅温度特性的理论与实验研究
第２ ０卷
第 ３期
传 感 技 术 报 学
Ａ ＴＵＡ ＲＳ ＴＯ Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＵＲ ＡＬ Ｏ Ｓ ＮＳ ＲＳ Ａ ＨＩ Ｓ Ｏ Ｎ Ｆ Ｅ Ｏ ＮＤ Ｃ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ３ １２ ． Ｍａ ． ０ ７ Ｕ ＡＮ ｈ ｕ ｈ ａ ’ ，ｙ Ｑｉ ｇ ｚ ， Ｓ ｏ — ｕ ｎ — ＳＯＮＧ ｈ — ｅ Ｓ ｉｄ ，ＺＨ ＥＮＧ ｉ ｎ ｚ ｏ 。 Ｊ ａ —ｈ ｕ ’
，
１ ．Ｄｅ ａｔ ｎ Ｐ ｙｉｓ ＤａｉｎＵ ｉｅｓ ｙｏ Ｔ ｃｎ ｌｇ ｐ ｒｍｅｔ ｆ ｈ ｓｃ ， ｌ ｎｖｒｉ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｄ ｌ ｎＬ ａ ｎｎ ０ ４ Ｃ ｉａ 、 ｏ ａ ｔ ａ ｉ ｉｏ ｉｇ １６ ２ ， ｈｎ ． ａ １
ｌ ｅｒ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ， ｔ ｅｓｎ ｉ ｖｔ ｆ ． ８ ｍ／ ｉ ａ ｈｔ ｎ ｗｉ ｅ ｅａｕｅ ｗｉ ｔ ｅ ｓ ｉｉ ｏ ０ ８ｎ ℃．Ｔｈ ｌｔ ｄ ｆ ｅ ｋｌＳ ｓｎ ｉｖ ｅ ｈｈ ｔ ｙ ０ ｅａｔ ｕ ｅｏ ａ Ｓ ｓｉ ｅ ｓ ｉｅ ｏｔ ｉ ｐ Ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｈ
Ｔｈ ｏ ｅ ｉ ａ ｎ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｅ ｒ ｔｃ ｌａ ｄ Ｅｘ ｒｍ ｎｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ａ ａ ｔ ｒ ｓ ｉ ｆ Ｌｏ － ｒｏ ｂ ｅ Ｇｒ ｔｎ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｏ ｎｇ ｐｅ ｉ ｄ Ｆｉ ｒ ａ ｉ ｇ
ｃ ａ ｇ ｆｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ，ｗｉ ｈ ｆｉ ｇ ｗｉ ｉ ｈ ｌｉｕ ｅｏ ． Ｂ ｈ ｎ ｅｏ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｎ ｔ ｅａｔ ｄ ｆ０ ５ｄ ． ｈ ｔ ｈ ｔ Ｋｅ ｒ ｓ ＬＰ Ｇ ｓ ｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｙｗｏ ｄ ： Ｆ ；ｔｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ；ｍ ｏ ｅ ｏ ｐ ｉｇ；ｓ ｎ ｏ ｄ ｌｃ ｕ ｌ ｎ ｅ ｓｒ
长周期光纤光栅结构参数与透射谱关系的仿真研究
ｔ ｅ ｔ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｓ ｅ ｔ ａ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｏ ｌ ｏ ｓｄ ｒ ｈ ｏ ｐ ｅ ｂ ｔ ｅ ｏ ｓ ～ ｈ ｒ ｎ ｍｉｓ ｏ ｐ ｃ ｒ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｉ ａ ｅ ｎ ｙ ｃ ｎ ｉ ｅ ｓ ｔ ｅ ｃ ｕ ｌ ｅ ｗｅ ｎ ｌ ｗｅ ｔ ｏ ｄ ｒｃ ａ ｄ ｎ ｄ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｆ ｎ ａ ｎ ａ ｏ ｅ ｍｏ ｅ Ｗ ｈ ｎ ｒ ｄ ｉ ｎ ｅ ｒ ｃ ｉ ｅ ｉ ｄ ｘ ｏ ｉ ｅ ｒ ｅ ｌ ｄ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｎ ｈ ｕ ｄ ｍｅ ｔ １ｃ ｒ ｄ ． ｅ ａ ｉ ａ ｄ ｒ ｆ ａ ｔｖ ｎ ｅ ｆ ｆ ｒ ｂ
包层 的 半 径 和 折 射 率 增 大 时 ，谐 振 波 向 短 波 方 向 漂 移 ； 当长 周 期 光 纤 光 栅 周 期 增 大 时 ，谐 振 波 向
长波 方向漂 移 ；当长周 期光 纤光栅 长度 增加 时 ，谐 振 波没有 漂移 现 象，但 是 其深度 减 小 。通 过综 合 分析 发现 ：谐振 波 漂移 方向 比较 明确 ，但 是损 耗峰 深度 的 变化 并 没有 明显 的规 律 。
Hale Waihona Puke 广 西 桂林 ５１ ０ ；３ ４ ０ ４ ．广西师范大学 物理科学与技术学院 ，广西 桂林 ５ １０ ） ４ ０ ４
摘
要 ：利 用光 纤 ３ 模 型理论 ，通过 仿真研 究发 现 长周期 光 纤光栅 结构参 数 与透射谱 的变化有 层
规律 性 关 系， 出 了一 阶低 次 包层模 与 导模耦合 时透射谱 的 变化规律 。 给 当长 周期 光纤 光栅 的纤芯 、
关键词 ：长 周期 光纤 光栅 ；耦合模 理论 ；有 效折 射 率；透射 谱
中 图分 类 号 ：Ｔ ５ Ｎ２ ３ 文 献 标 志码 ：Ａ
长周期光纤光栅
纤芯 纤芯
涂覆层
计算公式
光纤特性
Δn =1.45851-1.451225=0.007285
仿真
波长扫描
1 LP01 0.9 LP02 total power 0.8
0.7
0.6
power
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 1.25
1.3
1.35 wavelength(μm)
1.4
1.45
Λ=179.822μm,������=1.31μm
长周期耦合模理论 ——研究长周期光纤光栅的基本理论
包层
长周期光纤光栅的模式耦合主要指是指纤芯基 模和同向传输的各阶包层模之间的耦合。 在理想光纤中传输的光的不同模式相互正交， 传输过程中不同模式之间没有能量交换，即不 同模式的能量保持恒定。而长周期光纤光栅中 周期性的折射率调制使纤芯基模和同向包层摸 发生耦合，能量在模式之间发生相互转移。
0.8
0.7
0.6
power
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 1.25
1.3
1.35 wavelength(μm)
1.4
1.45
N=1.449
长周期光纤光栅
作者：常丽军
长周期光线光栅
Hale Waihona Puke 根据光纤光栅周期的长短不同，可将周期性的光纤光栅分为短周期（Λ<1μm）和 长周期（Λ>1μm）两类。 小于1μm的短周期光纤光栅称为光纤布拉格光栅或反射光栅，其传输方向相反的 模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器，又称为布拉格光栅；而周期为几十 至几百微米的长周期光纤光栅，同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后 向反射，属于透射型带阻滤波器。
长周期光栅
[ H 2 ] = 3.3 ×10 α1245
−3
进行紫外曝光时，由于光栅区曝光部分B 参加反应的氢分子要比被遮挡部分A 参加反应 的氢分子多,在光栅制作完毕后B 区中残留的氢分子要比A区中的少,所以当经历退火后A 区由于氢分子逃逸导致折射率的减小量要比B 区大,这就导致纤芯折射率调制深度的增加， 引起谐振峰的较大的变化。为了解决这个问题,作者应用了均匀紫外曝光技术。
3 应力或温度传感器 长周期光纤光栅用作传感器不仅具有光纤传感器的一切优点: 如体积小、重量轻、可 重复性好等, 而且对温度、应力变化非常灵敏。因此, 它是一种比较理想的温度或应力 敏感元件。研究表明 ,长周期光纤光栅温度灵敏度是光纤B ragg 光栅的7 倍。长周期 光纤光栅的多个损耗峰可以同时进行多轴应力及温度测量, 也可以将级联的长周期光 纤光栅作为传感器阵列进行多参数分布式测量。随着研究逐渐深入, 长周期光纤光栅 应用越来越广。就目前所知, 在通信领域中的带通滤波、光上下路复用、光纤光源、 光纤耦合、偏振器件等方面都有相关的研究结果。在传感领域, 由于其谱特性对温度、 应力、微弯及外部折射率变化相当灵敏, 因此, 能够产生温度、应力、微弯及外部折射 率变化的物理量就间接导致其谱特性变化。目前研究结果包括长周期光纤光栅用作温 度传感、振动测量、磁场传感、载重传感器、液体气体传感器等。 4 带通滤波器 光纤B ragg 光栅带通滤波器一个潜在缺点是产生光反馈或不希望的光谐振。利用长周 期光纤光栅组合设计成光学带通滤波器件, 可以避免这一点。原理如图,在四端口的瞬 逝型(evanescen t) 单模光纤耦合器两纤芯中分别写入一对相位相反的长周期光纤光栅。 将光栅的周期与折射率调制深度设定为特定比率, 这样在耦合作用长度内, 特定波长的 光耦合得到抑制, 而其它波长能够进行光耦合, 从耦合器纤芯1 耦合进纤芯2。只有希望 的特定波长的光由于耦合极弱, 保
长周期光纤光栅的原理及谱特性研究
１９ ９６年 Ａ． Ｖ ｎｓｒａ 等人用逐点曝光法首次在单模 光纤 中写入 Ｍ．ｅ ｇａｋｒ 了真 正 意 义 上 的 长 周 期 光 纤 光 栅 （ Ｐ Ｇ）＿ １９ Ｌ Ｅ ｌ ９ ７年 贝 尔 实 验 室 的 Ｅ １ 。 ｄｇｎ先后发表 了文献［】 ３， ｏａ ２和［］运用模式耦合理论详细研究 了长周期 光 纤 光栅 的模 式 耦 合 和 谱 特性 ， 定 了长 周 期 光 纤 光 栅 的 理 论 基 础 。 奠 与短 周 期 Ｂａｇ 纤 光 栅 不 同 ， 周 期 光 纤 光 栅 的折 射 率调 制 周 期 ｒ 光 ｇ 长 可达几百微米 。 这一差异导致了长周期光纤光栅具有与 Ｂａｇ光纤 光栅 ｒｇ 完全不 同的光学性质。Ｂａｇ ｒｇ 光纤光栅 内实现的是纤芯正反向模式 的耦 合，而长周期光纤光栅 内实 现的是 同向传播的纤芯基模与一阶各次包 层模 的耦 合 。 因 此 ， ｒ ｇ光纤 光 栅 属 反 射 型 器 件 而 长 周 期 光 纤 光 栅 则 Ｂａ ｇ 属透射型器件。由于无后 向反射 ， 长周期光纤光栅 可避免由后 向反射引 起 的光 源 振 荡 。 另外 ， 于长 周 期 光 纤 光 栅周 期 长 ， 采 用 振 幅 掩 膜 制 由 多 作 ， 具 有 制 作 简单 、 本 低 、 精 度 要 求 不 高 等 优 点 。 实 践 还 证 明 ， 故 成 对 长 周 期 光 纤 光 栅 的耦 合 波 长 在 温 度 、应 力 等 外 界 因 素 变 化 时 的 漂 移 比 Ｂ ａｇ光纤 光 栅 更 加 敏 感 ｒ ｇ 。基 于 以 上 优 点 ， 长周 期 光 纤 光 栅 出现 后 就 被 迅 速 应 用 于 光纤 通 信 中 的掺 铒 光 纤 的 增益 平 坦 化 、模 式 变 换 、色 散 补 偿 、Ａ Ｏ ＤＭ波长路 由器件和工业中的光纤传感领域 中。 本文将对长周期 光 纤 光 栅 的原 理 与谱 特 性 作 较 为 详 细 的 研究 。 ２长 周 期 光 纤 光 栅 的 原理 ． 根据模式耦合理论 ， 长周期光纤光栅 的相位 匹配条件为 “ “＝ ｎ ｎ： － ∞一 “ Ｘ 一 （ ｌ １ １ 、
长周期光栅
长周期光纤光栅(LPFG) 是一种基于纤芯基模和同向传输的
包层模之间耦合的光栅,它的光栅周期一般为几十到几百个微米。 它与普通布拉格(Bragg) 光栅相比具有背向反射率低,带宽宽,对 温度、应力、折射率变化的响应灵敏度高和易于批量制作等优 点,可以被运用于掺铒光纤放大器的增益平坦、放大器自发辐射 噪声的抑制以及测量中的光纤传感。 长周期光纤光栅：振幅掩模法、电弧感生微弯法、熔融拉锥法、 机械感生法,逐点写入法(CO2激光写入和飞 秒 激光写入)等.
H 6 .9 1 10 e 1 x 7 .8 p 12 ( /0 T )P
式中T为热力学温度值, P的量纲为Pa , H为无量纲值。而氢气在光纤中扩散的时间 又取决于光纤的半径(μm) 和T 的高低,对于一段裸光纤来讲,扩散时间满足下面的关 系式:
tdi f4 f.4 1 6 0 ex 5 .2 p 13( /0 T )r c 2l
率变化的物理量就间接导致其谱特性变化。目前研究结果包括长周期光纤光栅用作温 度传感、振动测量、磁场传感、载重传感器、液体气体传感器等。
4 带通滤波器 光纤B ragg 光栅带通滤波器一个潜在缺点是产生光反馈或不希望的光谐振。利用长周 期光纤光栅组合设计成光学带通滤波器件, 可以避免这一点。原理如图,在四端口的瞬 逝型(evanescen t) 单模光纤耦合器两纤芯中分别写入一对相位相反的长周期光纤光栅。 将光栅的周期与折射率调制深度设定为特定比率, 这样在耦合作用长度内, 特定波长的 光耦合得到抑制, 而其它波长能够进行光耦合, 从耦合器纤芯1 耦合进纤芯2。只有希望 的特定波长的光由于耦合极弱, 保
长周期光纤光栅最典型用于三个方面:EDFA 增益平坦、带阻滤波器、光纤传感。 1 EDFA 增益平坦 通信系统中, 如果掺铒光纤放大器(EDFA )增益谱分布不平坦, 则各个信道增益不同, 一 方面限制了无中继跨接距离, 另一方面也造成接收端误码率的增大。可以用B lazed 光 栅进行增益平坦, 此法的缺陷在于总存有一定程度的反射光, 长周期光纤光栅可以克服 这一缺点。将两个具有不同工作波长的长周期光纤光栅组合进行EDFA 增益平坦, 在 25nm～ 30nm 带宽内EDFA 增益谱的起伏小于0.2dB。将之应用于20×5Gb/s 的 WDM 通信系统中, 通信信道以0. 6nm 的间隔分布于1550.4nm～ 1561. 8nm 的带宽 内, 增益平坦带宽提高了3 倍。 2 带阻滤波器 长周期光纤光栅的耦合机理决定了它对特定的波长具有损耗的能力, 在谱特性曲线上 表现为一个损耗波峰。特殊设计长周期光纤光栅的周期及长度, 可以使谐振波长强烈 衰减, 而其余波长基本没有损耗的通过, 从而实现了基于光纤的光学带阻滤波。其中光 栅周期与调制深度决定谐振波长, 而光栅长度决定阻带带宽。
两层镀膜长周期光纤光栅传感器的特性研究
传感器与微 系统 （ ｒ ｓｕ ｅ ａｄＭｉｒ ｙｔ ｅｈ ｏ ｇｅ） Ｔａ ｄ ｃｒ ｎ ｃ ｓｓ ｍ Ｔ ｃｎｌ ｉ ｎ ｏ ｅ ｏ ｓ
２１ ０ １年 第 ３ ０卷 第 ９期
两层 镀 膜 长周 期 光 纤 光栅 传 感 器 的 特 性研 究
杨 颖 ，
（． １ 上海理 工大 学 光电信 息与计 算机 工程学院 光电功 能薄膜 实验室 ， 上海 ２ ０ ９ ； ００ ３ ２ 临沂师范学院 信息学院 。 ． 山东 临沂 ２ ６０ ） ７ ０ ５ 摘 要 ：以光纤光栅耦合模理论 为基 础 ， 出一种两层镀膜长周期光纤光栅传感器的结构模型 ， 提 一层是 在
一
对 于长周期光纤光栅 ， 根据模 式耦合理论 ， 向传播 的 前 纤芯 导模 与同向传播 的一阶包层模 式的之间的耦合模方 程
为
＝ ＋
层 随外界环境变化 的敏感 薄膜层或金属膜层 已成 为研究 的热点 ， 。已镀上薄膜 的 Ｌ Ｆ ２ ３ Ｐ Ｇ暴露在外部介质如 气体 、
液体 中时， 镀层材料将 因吸附气体 或液体 而使其折 射率 发 生变化 ， 而使 其耦 合波 长随之发 生变化 ，Ｐ Ｇ的透射特 从 ＬＦ
图 ２描绘了两层 镀 膜 Ｌ Ｆ 的 １ ８次模 式 的透 射谱 ＰＧ ～
图 。观察透射谱 图得知偶次模式 的透射峰 幅度较奇次模式 透射峰幅度要大 得多 ， 和普通 Ｌ Ｆ 这 Ｐ Ｇ的奇 次模 式 和偶次 模式 的透射规律恰好相反 Ｊ 。
１０ ．
简称谐振波长 。不 同的包层 模 ， 谐振波长不 同。 若以光纤光栅 中点为 轴原 点 ， 长周 期光纤 光栅 的边
ｔ ｅ ｒ ｔ ａ ａ ｉ ｆｒ ｏ ｔ ｌ ｅ ｉｎ ｏ ｉｈ ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｏ ｇ ｐ ｒｏ ｂ ｒｇ ａｉ ｇ ｓ ｎ ｏ ． ｈ ｏ ｅ ｉ ｌ ｓｓ ｏ ｐ ｉ ｓ ｆ ｇ ｅ ｓｔ ｉ ｌｎ ｅ ｉｄ ｆ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓ ｒ ｃ ｂ ｍａ ｄ ｇ ｈ ｉ ｙ ｉ ｎ
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。
《长周期光纤光栅》课件
长周期光纤光栅的制备方法
1 剪切辊拉伸法
利用剪切辊的力学作用 和拉伸力来制备光纤光 栅。
2 CO2激光烧蚀法
3 脉冲电弧放电法
使用CO2激光器对光纤 进行加工，得到具有周 期性折射率变化的光栅。
通过脉冲电弧放电的方 式，对光纤进行表面改 性，形成光栅结构。
长周期光纤光栅的应用
光纤传感器
利用光纤光栅的特殊结构， 实现对温度、压力等物理量 的精确检测。
光纤滤波器
利用光纤光栅的滤波特性， 实现对特定波长光的选择性 传输。
光纤器件
作为光学器件的重要组成部 分，应用于光通信、光传输 等领域。
总结
长周期光纤光栅是一种非常重要的光学器件，具有广泛的应用前景，在光学、光通信等领域具有重要的 意义。
《长周期光纤光栅》PPT 课件
探索长周期光纤光栅的神秘世界
什么是光纤光栅？
光纤光栅是一种利用光纤的自然衍射效应来进行光波编码的光学器件。
长周期光纤光栅的原理
长周期光纤光栅通过在光纤的芯部加入具有周期性折射率变化的光栅来实现 光波编码。
LP模型分析涂覆长周期光纤光栅复折射率传感器
（ ａ ｏａｏｙｏ Ｐ ｏｏｅ ｃｒ ｕｃｉｎ ｌ ｉ ， ｏｌ ｅ ｆ ｃ ｎ ｅ Ｌ ｂ ｒｔｒ ｈ ｔ—ｌ ｔ ｃ ｎ ｔ ａ ｌ Ｃ ｌｇ Ｓ ｉ ｃ， ｆ ｅ ｉＦ ｏ Ｆ ｍｓ ｅ ｏ ｅ Ｕ ｉｅｓｙｏ Ｓ ａ ｇ ａｆ ｒ ｃ ｎ ｅ ｎ ｃｎ ｌｇ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｎｖｒｉ ｈ ｎ ｈ ｉｏ ｉ ｃ ｄＴ ｈ ｏｏｙ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ９ ， ｈｎ ） ｔ ｆ Ｓｅ ａ ｅ ２
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长周期光纤光栅
长周期耦合模理论1400150016001700-20-15-10-55d bnm长周期光纤光栅的模式耦合主要指是指纤芯基模和同向传输的各阶包层模之间的耦合。
在理想光纤中传输的光的不同模式相互正交，传输过程中不同模式之间没有能量交换，即不同模式的能量保持恒定。
而长周期光纤光栅中周期性的折射率调制使纤芯基模和同向包层摸发生耦合，能量在模式之间发生相互转移。
光纤结构图长周期光纤光栅是纤芯导模与同向传输的包层模之间的耦合，而耦合到包层中的光在经过一段距离传输后，由于包层与空气界面的散射以及光纤弯曲等原因，包层模转化成辐射模而迅速衰减掉。
由于同向传播的导模可以耦合到不同阶的包层模。
从而在长周期光纤光栅的透射谱中可以观察到一系列的损耗峰。
光纤光栅的模式有效折射率变化()eff n z δ可表示为：2()()1cos ()eff eff n z n z vz z πδδ⎧⎫⎡⎤=++Φ⎨⎬⎢⎥Λ⎣⎦⎩⎭()eff n z δ表示直流有效折射率变化，v 是折射率调制的条纹可见度，Λ为光栅周期，()z Φ描述光栅啁啾。
定义长周期光纤光栅的设计波长D eff n λ≡∆Λ长周期光纤光栅的模式耦合方程可近似表示为：ˆ()()dRi R z ikS z dZ σ=+ ˆ()()dSi S z ik R z dZσ*=-+ R 、S 表示纤芯基模和同向包层模的幅度，ˆσ和k 分别表示自耦合系数和模式间的交叉耦合系数。
自耦合率t =和交叉耦合率t ⨯：222222()1cos sin (0)1ˆR z t k R σ===++22222()1sin ˆ(0)1S z t R k σ⨯==+ 谐振波长和带宽交叉耦合率最大时的谐振波长为：112211()2res Dλλσσπ=Λ-- 折射率调制主要发生在纤芯的均匀单模长周期光纤光栅，包层的折射率调制很小，所以上式可近似表示为：1eff resD eff n n δλλ⎛⎫≅+ ⎪ ⎪∆⎝⎭在长周期光纤光栅的写入过程中，损耗峰首先出现在光栅的设计波长D λ处，随着折射率调制的增加，谐振波长向长波方向移动，即均匀长周期光纤光栅的谐振波长由光栅的设计波长D λ（光栅周期Λ）和平均有效折射率调制大小决定。
金属镀层两层膜系长周期光纤光栅谐振特性研究
第29卷 第10期光 学 学 报V ol.29,No.10 2009年10月ACTA OPTICA SINICA October,2009文章编号:0253 2239(2009)10 2656 09金属镀层两层膜系长周期光纤光栅谐振特性研究邓传鲁 顾铮 张江涛(上海理工大学理学院光电功能薄膜实验室,上海200093)摘要 采用严格的耦合模理论,建立了镀金属膜和敏感膜的两层膜系长周期光纤光栅复特征方程,用微扰法对复数超越特征方程进行求解,结果和文献[5]给出的数据相符。
理论模拟数据表明,金属的消光系数对功率密度和透射谱影响很大,低阶偶次模式在纤芯内的功率密度所占比重远大于奇次模式,其衰减峰幅度也比奇次模高,因此,金属镀层长周期光纤光栅实际应用时,需要选择偶次模作为研究对象。
进一步理论分析了金属和敏感膜层参数对长周期光纤光栅谐振特性的影响,研究发现,金属膜厚、敏感膜厚和折射率对谐振波长有较大的影响,谐振波长随金属膜厚、敏感膜厚和折射率的增大向短波方向漂移。
在某些区域谐振波长存在跳变现象,长周期光纤光栅实际应用时应避开此区域。
关键词 长周期光纤光栅;耦合特性;复特征方程;金属膜;敏感膜;透射谱中图分类号 T P212.14 文献标识码 A doi:10.3788/AOS20092910.2656Re sonant Characteristics of Long Pe riod Fiber Grating Coate d withDouble Laye r Films Including Metal FilmDeng Chuanlu Gu Zhengtian Zhang Jiangtao(La bor a tor y of Photo elect r ic F un ct iona l F ilm s,College of Scien ce,Un iver sit y of Sha ngha i for S cience an d T echnology,Sha n gha i200093,China)Abstract Based on the coupled mode theory,the complex characteristic equation of long period fiber gratingsc oated with metal film and sensing film is set up.By using the perturbation m ethod,the c om plex roots are obtained.The results are coincident wit h the results of Reference[5].The curves of intensit y and the transmission spectrumsa re significantly influenced by the extinc tion c oefficient.The proportion of the even mode s intensity in core is muchlarger than that of the odd mode s intensity.Also,the a mplitude of the attenuation peak of the even m ode is much larger than that of the odd mode.So the even mode is taken as the researc h object when the m etal coated long period fiber grating sensor is optimized.Furthermore,the influence of metal and sensitive film pa rameters on the resonantc haracteristics is analyzed in theory.The results show the metal film thickness,sensitive film thickness andrefractive index influenc e the resonant wavelength,which shifts towards the short wavelength with the increase of the meta l film thickness,sensitive film thickness and refractive index.And there is a jumping phenomenon for film parameters,so the film parameters c orresponding to the jumping phenomena must be discarded in actual a pplications of long period fiber gratings(L PFG).Key wo rds long period fiber gratings(LPFG);coupling characteristic;complex characteristic equation;metal film;sensing film;transmission spectrum收稿日期:2008 10 31;收到修改稿日期:2009 03 09基金项目:国家自然科学基金(60777035),教育部科学技术研究重点项目(208040),上海市教育委员会科研项目(07ZZ87)和上海市重点学科建设项目(T0501)资助项目。
光纤布拉格光栅的透射光谱
光纤布拉格光栅的透射光谱
光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是一种在光纤中引入周期性折射率变化的光学结构。
它具有反射谱和透射谱两个主要的光谱特性。
透射谱是指那些没有被布拉格光栅反射的光的光谱分布。
当光波长与布拉格条件不匹配时，光将透过布拉格光栅，并形成透射谱。
透射谱的形状与反射谱相对应，在未被反射的波长存在透射峰。
通常情况下，布拉格光栅的反射谱和透射谱以对称的方式分布在光谱上。
透射谱在光纤通信和滤波应用中具有重要作用。
通过调节布拉格光栅的设计参数，包括周期、折射率调制深度等，可以实现特定波长范围的光滤波和干涉效应。
透射谱的特性可以用于波长分复用（WDM）、光纤激光器和光信号处理等领域。
在实际应用中，透射谱的具体形状和特性取决于布拉格光栅的制备工艺和设计参数。
通过对布拉格光栅的优化设计，可以实现特定波长范围内的高透射率和高反射率，从而满足不同应用场景的需求。
光纤布拉格光栅的透射光谱是指在特定波长下，光通过布拉格光栅后的光谱分布。
它反映了布拉格光栅对光的传输特性，并在光纤通信和滤波等领域具有广泛的应用价值。
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关 键 词 ：长 周 期 光 纤 光 栅 ； 耦合模式 ； 透 射 谱
中 图 分 类 号编 号 ：１ ６ ７ ４ — ７ ７ ２ ０（ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ Ｏ ４ Ｏ － － ０ ３
ｌ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｌ ｏ ｎ ｇ － ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ
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镀 膜 长周 期 光 纤光 栅 透 射谱 研究
范 玲 玉 ， 胡 兴 柳 ， 何 碍
（ １ ． 安徽 工 业 大 学 电 气 与信 息 工 程 学 院 ， 安徽 马鞍 山 ２ ４ ３ ０ ０ ０； ２ ． 安 徽 马 钢 自动 化 信 息 技 术 有 限 公 司 ， 安徽 马 鞍 山 ２ ４ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要 ： 基 于 三 包层 长 周期 光 纤光 栅 的 耦 合模 型 。研 究 了镀 膜 长 周期 光 纤 光栅 的光 栅 参 数 和 膜
层 厚 度 对 长 周期 光 纤 光栅 谐 振 波 长 的 影 响 。研 究发 现 ， 当长 周 期 光 纤光 栅 的纤 芯 半径 、 折 射 率 和 周 期 增 大时， 谐 振 波 向 长 波 方向 漂 移 ； ３ －长周 期 光 纤光 栅 的 包层 半 径 和 折 射 率 增 大 时 ， ＂ 谐 振 波 向 短 波 方 向
ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ｗ ａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ Ｌ Ｐ Ｆ Ｇ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ．Ｉ ｔ ｃ ｏ ｍｅ ｓ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｉ ｏ ｎ ｈａ ｔ ｔ ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｉ ，ｒ ｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ
漂 移 。 不 同折 射 率 的 膜层 介 质 其 所 对 应 的 最优 厚 度 （ Ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｕ ｍ Ｏ ｖ ｅ ｒ ｌ ａ ｙ Ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ， Ｏ Ｏ Ｔ ） 不 同， 薄膜 介 质 的折 射 率 越 高 ， 对 应 的最 优 厚 度 越 小 ， 敏 感 区域 范 围也 较 窄 ； 不 同 包层 模 式 对 应 的 最 优 厚 度 具 体 位 置 区别 不 大 ， 较 高阶 次 包层模 对应 的谐 振 波 长在 敏 感 区域 范 围 内漂 移 量较 大 。