光纤光栅光谱特性测试系统的设计解析
光纤光栅的特性分析
一、 实验要求对光纤光栅进行特性分析；分析，光栅长度、分层数、谱宽等参数对反射光谱的影响； 利用MATLAB 进行程序设计，通过软件仿真的形式实现二、 实验原理光纤光栅是利用光纤中的光敏性而制成的。
光敏性是指当外界入射的紫外光照射到纤芯中掺锗的光纤时，光纤的折射率将随光强而发生永久性改变。
人们利用这种效层内折射率看成不变利用00exp()0=0exp()i i LAYER i i jk n d Mjk n d ⎛⎫⎪-⎝⎭。
最后利用矩阵的叠成得到光纤光栅总的传输矩阵应可在几厘米之内写入折射率分布光栅，称为光纤光栅。
光纤光栅最显著的优点是插入损耗低，结构简单，便于与光纤耦合，而且它具有高波长选择性。
光纤光栅有很多种分析法，但目前技术都不太理想。
由于反射率是反映光纤光栅特性的一个重要参数。
这里利用分层的思想将光纤光栅分层处理，每一层看做折射率n 恒定不变，层与层之间折射率不同利用，n n n n i ji j INTERFACE i ji j n n M n n +-⎛⎫=⎪-+⎝⎭11122122M M M M ⎛⎫⎪⎝⎭。
光纤光栅的反射系数()()121111r E z M E z M -+==，反射率R=2r 。
根据不同的入射光波长有不同的反射率，最后绘出反射率与入射光波长的图谱。
以此实现对光纤光栅的特性分析。
三、 实验方案 我们取得是48.645*10^(-4)的光纤长度，15000的分层数，350个点。
1、程序：clear; nn=15000;a=48.636*10^(-4)/nn; di=a; i=1;for z=0:a:48.636*10^(-4)n(i)=1.452+0.75*10^(-3)*((sin(pi*z/(535*10^(-9))))^2); i=i+1; endwl=1.5541*10^(-6); t=1;for k0=1550*10^(-9):0.02*10^(-9):1557*10^(-9) M=[1 0;0 1];for i=1:1:nnM1=[n(i)+n(i+1),n(i)-n(i+1);n(i)-n(i+1),n(i)+n(i+1)]/(2*n(i));M2=[exp(j*((2*pi)/k0*n(i)*di)),0;0,exp(j*(-1)*(2*pi)/k0*n(i)*di)];M=M*M2*M1;endr=M(2,1)/M(1,1);R(t)=(abs(r))^2;t=t+1;endplot(R)2、结果截图：图一、按步进画图的结果图二、按波长画图的结果四、 数据分析通过对参数的修改我们可得到以下结论： 1.反射率与光栅长度的关系反射率是光纤光栅的一个重要参数2.14和2.15直接描述了反射率R 和光栅长度L 的关系。
用光栅光谱仪测量未知光源的光谱特性解读
实验一 用光栅光谱仪测量未知光源的光谱特性【实验目的】1、熟悉平面光栅光谱仪的工作原理。
2、学会用WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪测量未知光源的光谱特性。
【实验仪器】WGD-8A 系列组合式多功能光栅光谱仪、计算机、钠灯、汞灯【实验原理】1、WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪仪器简介WGD-8A 型组合式多功能光栅光谱仪，由光栅单色仪，接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D 采集单元，计算机组成。
该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。
光学系统如图1。
入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm 连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，Sl 位于反射式准光镜M2的焦面上，通过Sl 射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G （8A 型：2400条/mm ，nm 250＝闪λ，波长范围200-600nm ）上，衍射后的平行光束经物镜M3（M2、M3的焦距为500nm ）成象在S2上。
光栅G 放置在一平台上，可以绕通过光栅划线的铅垂轴转动，以改变平行光束相对于光栅平面的人射角，从而改变摄谱范围。
2、平面反射光栅的构造与光栅方程目前最广泛应用的是平面反射光栅。
图2是垂直于光栅刻槽的断面放大图。
在图2中，衍射槽面(宽度为α)与光栅平面的夹角为θ，称为光栅的闪耀角，它的意义将在下面说明。
当平行光束入射到光栅上，由于槽面的衍射以及各个槽面间衍射光的相干叠加，不同方向的衍射光束强度不同。
考虑槽面之间的干涉，当满足光栅方程λβm i d =±)sin (sin （1）时，光强将有一极大值，或者说将出现一亮条纹。
式中i 及β分别是入射光及衍射光与光栅平面法线的夹角，即入射角与衍射角；d 为光栅常数，,,3,2,1 ±±±=m 它表示干涉级；λ为出现亮条纹的光的波长。
公式中当入射线与衍射线在光栅同侧时取正号，异侧时取负号。
由式（1）知，当入射角i 一定时，不同的波长对应不同的衍射角，从而本来混合在一起的各种波长的光，经光栅衍射后按不同的方向彼此分开排列成光谱，这就是衍射光栅的分光原理。
光栅分光与光的频谱分析
光栅分光与光的频谱分析光栅分光和光的频谱分析是现代光学领域中重要的研究方法和技术。
它们在材料科学、生物医学、光通信等领域都有广泛的应用。
本文将介绍光栅分光和光的频谱分析的基本原理、应用以及进一步发展的前景。
光栅分光技术是一种利用光栅对光进行分光的方法。
光栅是一种光学元件，它具有一系列定期排列的透光和不透光的条纹。
当光通过光栅时，会根据不同波长的光的入射角度发生衍射现象，从而将光按照波长分离。
这种分光方法被广泛应用于光谱仪、激光器等领域。
光栅分光技术的原理是基于光的衍射现象。
光栅中的透光和不透光的条纹可以看作是一组光栅周期。
当光通过光栅时，不同波长的光会被衍射到不同的角度，形成多个衍射光束。
这些衍射光束可以被聚焦到不同位置上，从而实现对不同波长光的分离。
利用光栅分光技术可以对光的频谱进行分析。
频谱分析是通过分析光的波长或频率分布来研究光的性质和特性的方法。
光栅分光技术可以将光分解为不同波长的光，然后通过探测器进行检测和记录。
这样可以得到光的频谱信息，包括波长范围、波峰、波谷等重要参数。
光的频谱分析在科学研究和工程应用中有着重要的作用。
在材料科学领域，光的频谱分析可以用于材料的表征和分析。
通过分析材料的光谱特性，可以了解材料的成分、结构和物性，从而指导材料的制备和改进。
在生物医学领域，光的频谱分析可以用于血液分析、细胞检测、疾病诊断等方面。
频谱分析可以通过对光谱中的特征波峰和波谷进行识别和分析，来获得生物样本的信息。
在光通信领域，光的频谱分析可以用于光纤通信中的波长分路复用和信号调制等技术。
通过对光信号的频谱特性进行分析和调整，可以提高光通信系统的传输容量和信号质量。
未来，光栅分光和光的频谱分析技术还将继续发展。
一方面，随着技术的进步，光栅分光仪器将变得更加精密和高效。
现在已经有一些新型的光栅分光仪器采用了微纳技术和纳米材料，可以实现更高的分辨率和更宽的工作波长范围。
另一方面，人们对光的频谱分析方法和算法的研究也在不断深入。
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇
光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究共3篇光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究1光纤布拉格光栅传输特性理论分析及其实验研究随着通信技术的不断发展，人们对高速、宽带、低衰减的光纤通信系统的需求越来越强烈。
在新型光纤通信系统中，光纤布拉格光栅逐渐成为一种广泛应用的光纤分布式传感技术。
本文将分析光纤布拉格光栅的传输特性，并通过实验验证分析结果的准确性。
光纤布拉格光栅是一种基于光纤中的光学衍射现象的光学器件。
在光纤中加入一定周期的光折射率折变结构，就能形成光纤布拉格光栅。
在光纤中传输的光波，经过布拉格光栅时，会出现衍射现象，产生反射、透射和反向散射，这些效应是产生传输特性的基础。
光纤布拉格光栅的传输特性主要表现在其反射光频谱和传输带宽两个方面。
反射光频谱是指光波经过光纤布拉格光栅后，由栅中反射的光波在谱域的表现。
反射光频谱可以通过反射率、衰减率、相位等参数来描述。
光纤布拉格光栅的反射带宽会随着栅体的折射率调制以及周期变化而发生变化。
而传输带宽则是指光波通过光纤布拉格光栅后的传输性能表现，其传输性能主要由栅体的反射率和传播损耗来决定。
传统的光纤布拉格光栅的制备方法主要有激光干涉、可调光束、干涉光阴影和相位掩膜等方法。
一般情况下，涉及到光纤布拉格光栅的应用，需要随时监测栅体的传输特性。
为了准确地监测光纤布拉格光栅的传输特性，通常采用光谱光学方法来进行反射光频谱的测量。
根据光谱光学方法，可以直接测量出光纤布拉格光栅的反射率和反射带宽，同时还能进一步计算出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
为了验证理论分析的正确性，本文进行了一系列光纤布拉格光栅的实验研究。
实验采用了对光纤布拉格光栅进行反射光频谱的测量，并通过计算反射光频谱的反射率和反射带宽，得出光纤布拉格光栅的传输损耗和传输带宽。
实验结果表明，本文理论分析的光纤布拉格光栅传输特性是可靠的，能够为光纤布拉格光栅在光纤通信系统中的应用提供有效的理论基础。
实验七、光纤光栅传感的特性测试
布拉格波长为 1550nm，1300nm 时， RB,T 分别为 0.01nm/ °C和0.0087nm/ ° C 。
与压力灵敏度表达式类似，长周期光纤光栅温度灵敏度 R L,T 可表示为
R L,T
=
dλL dT
=
⎜⎛ ⎝
nco
dΛ dT
+ Λ dnco dT
⎟⎞ ⎠
−
⎜⎜⎝⎛
nc(il
)
dΛ dT
4
盘用金属细丝相连，通过滑块另一侧的托盘内加放重物如滚珠来拉动滑块，滑块沿传光轴拉伸光纤 光栅，从而给光栅施加轴向拉力。由光谱分析仪可以看到，FBG 反射的中心波长随着轴向应力增大 而向长波偏移，将应力变化转换为波长的变化，从而达到传感的目的。（附录一中给出几种不同应 力情况下 FBG 中心波长偏移情况）。
实验数据表 1 滚珠数 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
1 λB,N 2 λB,N 3 λB,N
λB,N
ΔλB,N
δλB,N
δλB,N / λB,N
5
2．温度传感 （1）原理
由宽带光源（如 LED）发出的光信号由光环形器的 1 端口进入，由 2 端口输出进入光纤光栅， 经光纤光栅反射的光由 3 端口送入光谱分析仪。因光纤光栅的中心反射波长随温度而异，温度的升 高时，中心波长向长波方向移动，反之亦然，故可通过波长的检测推知温度的变化，实现温度传感 （附录一给出典型的光纤光栅随温度变化的反射情况）。该实验装置较应力传感实验装置多了一个 温度传感头，其结构如图 3 所示。传感头的控温仪是通过调压器改变加热丝电流大小，通过热电偶 检测温度与设定值比较控制加热丝电流通断实现恒温，从而控制传感头内的温度，传感头应具有在 一段时间间隔内阻断与外界热交换的功能，同时应尽可能地使光纤光栅周围迅速达到热平衡。因此 传感头内部是一个绝热性能较好地空腔体。将加热丝、光纤光栅和热电偶包含其内。
一光纤光栅光谱特性测试系统的设计
实验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计一．实验目的和任务1．熟悉PC光谱仪的使用方法2．了解光环行器的工作原理和主要功能。
并测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数。
3．了解光纤光栅的光谱特性4．应用PC光谱仪、光环行器测量光纤光栅的光谱特性二．PC光谱仪PC光谱仪是用来测量光源或其它器件经光纤输出的光的波长和能量的关系图（即光谱特性）。
图1.1 PC光谱仪的软件界面本实验用的PC光谱仪的硬件是插入计算机ISA槽的ISA2000卡。
该卡有一个光输入孔。
测试波长范围为紫外-可见光-近红外。
PC光谱仪的软件界面如图1.1所示。
界面中，主要工具栏按扭介绍：1．数据光标左移按扭，每点击该按扭一次，数据光标左移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
2．数据光标右移按扭，每点击该按扭一次，数据光标右移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
3．开始/结束扫描波形按钮。
第一次点击该按扭，开始扫描，显示出扫描波形，并且能感觉波形在动。
再次点击该按扭，结束扫描，波形静止。
4．点击该按扭，增加波长显示范围，即水平方向缩小波形。
如果要在水平方向放大波形，操作方法为：左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
5．纵坐标自动调整按钮，如果波形出现削顶或者波形太低，左击该按钮，可以自动调整波形高度。
右击该按钮，取消自动调整纵坐标操作。
6．计算按钮，点击该按钮，显示波形的中心波长、峰值波长、半最大值全宽等参数。
使用该PC光谱仪测量光谱特性的步骤：1．将待测光输入到ISA2000卡的光输入孔内，运行程序“Spectra Wiz”, 即可进入软件运行窗口。
2．点击开始/结束扫描波形按钮，开始扫描波形，再点击一次该按钮，结束扫描波形。
3．点击横坐标调整按钮，显示波形到界面适当位置。
如果要在水平方向放大波形，就左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
4．点击纵坐标调整按钮，调整波形到适当高度。
光纤光栅光学特性的测量
光纤光栅光学特性的测量一、实验目的和内容1． 了解光纤Bragg 光栅的原理及其主要光学特性。
2． 掌握Digtal lock-in Amplifier 工作原理和使用要领。
3． 掌握测量光纤Bragg 光纤反射光谱及其它光学特性的方法二、实验基本原理1． 光纤布拉格光栅的理论模型光敏光纤布拉格光栅（FBG ,fiber Bragg grating ）的原理是由于光纤芯折射率周期变化造成光纤波导条件的改变，导致一定波长的光波发生相应的模式耦合，使的其透射光谱和反射光谱对该波长出现奇异性，图1表示了其折射率分布模型。
这只是一个简化图形，实际上光敏折射率改变的分布将由照射光的光强分布所决定。
对于整个光纤曝光区域，可以由下列表达式给出折射率分布较一般的描述：⎪⎩⎪⎨⎧≥≤≤≤+=2321211)],,(1[),,(a r n a r a n a r z r F n z r n ϕϕ式中),,(z r F ϕ为光致折射率变化函数。
具有如下特性：1),,(),,(n z r n z r F ϕϕ∆=)(0),,()0(),(1max max L z z r F L z n n z r F >=<<∆=ϕϕ式中1a 为光纤纤芯半径；2a 为光纤包层半径；相应的1n 为纤芯初始折射率；2n 为包层折射率；),,(z r n ϕ∆为折射率最大变化量。
因为制作光纤光栅是需要去掉包层，所以这里的3n 一般指空气折射率。
之所以式中出现ϕ和r 坐标项，是为了描述折射率分布在横截面上的精细结构。
在式（1）中隐藏了如下两点假设：第一，光纤为理想的阶跃型光纤，并且折射率沿轴向均匀分布；第二，光纤包层为纯石英，由紫外光引起的折射率变化极其微弱，可以忽略不计。
这两点假设有实际意义，因为目前实际由于制作光纤光栅的光栅，多数是采用改进化学汽相沉积法（MCVD ）制成，且使纤芯重掺锗以提高光纤的紫外光敏性，这就使得实际的折射率分布很接近于理想阶跃型，因此采用理想阶跃型光纤模型不会引入于实际情况相差很大的误差。
Bragg光纤光栅的光谱分析
课程设计任务书学生姓名：专业班级：电子科学与技术0901班指导教师：葛华工作单位：信息工程学院题目: Bragg光纤光栅的光谱仿真初始条件：计算机、beamprop软件(或Fullwave软件)要求完成的主要任务:1、课程设计工作量：2周2、技术要求：（1）学习beamprop软件(或Fullwave软件)。
（2）设计Bragg光纤光栅的光谱仿真（3）对Bragg光纤光栅进行beamprop软件仿真工作。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：2012.6.25做课设具体实施安排和课设报告格式要求说明。
2012.6.25-6.28学习beamprop软件(或Fullwave软件)，查阅相关资料，复习所设计内容的基本理论知识。
2012.6.29-7.5对Bragg光纤光栅的光谱仿真进行设计仿真工作，完成课设报告的撰写。
2012.7.6提交课程设计报告，进行答辩。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (III)1光纤光栅 (1)1.1光纤光栅的简介 (1)1.2 Bragg光纤光栅定义 (1)1.3光纤光栅的分类 (2)1.4 光栅的分光性能 (3)1.5 Bragg光纤光栅的光谱图 (3)2 Beamprop软件介绍 (4)3光谱仿真 (5)3.1 Bragg光纤光栅的画法 (5)3.2 Bragg光纤光栅的折射率分布 (7)3.3 Bragg光纤光栅的光谱仿真 (8)3.4 光栅光谱的分析 (9)4 心得体会 (10)参考文献 (11)摘要光栅光纤是一种新型的光学器件，现在已在光纤通信和传感等方面有着很重要的应用，并且随着全光通信网络和光纤传感技术的发展，将会发挥越来越重要的作用。
它的研究和应用已经成为当前热点技术课题。
Bragg光纤光栅光谱特性分析与研究也是研究人员重点关注的课题。
光栅光谱仪实验
光栅光谱仪系统(Grating spectrum-meter system)严祥安一、典型应用系统介绍1.发射光谱系统(光源特性测试)2.光学元件的透射率光谱,反射率光谱系统(完成透射率/反射率的光谱测试)3.荧光光谱测试(应用荧光检测技术)4.激光拉曼光谱系统二、实验原理图1.透射/反射光谱光度系统2.荧光光谱系统三、光栅光谱仪测试系统组件名称1．LHD30 氘灯光源室+LPD30氘灯稳流电源(Deuterium lamp house and deuterium power supply for steady current)2．LHX150高压氙灯光源室+LPX150高压氙灯稳流电源(Xe lamp house and steady power supply in high voltage)3．LHT75溴钨灯光源室+LPT75溴钨灯稳流电源(bromine tungsten)4．LHM254波长校准汞灯光源(The Hg lamp house for calibrating grating, the character wavelength is 254nm) 5．NFC-532-15陷波滤波装置The 532nm wavelength is bound when light from the lamp house crossing the filter. 6．SPB300 300mm光栅光谱仪(the focus is 300nm)7．SPB500 500mm光栅光谱仪8．SD 六挡滤光片轮the light filer for six steps9．SAC 三口样品室sample house10．DCS102数据采集器data acquisition implement11．PMTH-S1-CR131 光电倍增管photo multiplier tube12．HVC1005 高压稳压电源regulated power supply in high voltage13．DSI300 硅光电探测器silicon photon detector四、以溴钨灯为光源测试材料的反射、透射光谱步骤1．溴钨灯光谱范围（1）溴钨灯光谱响应范围：250~2500nm（2）DSI200 硅光探测器探测范围：200~1100nm2. 采用硅光探测器探测反射、透射谱线(1)将数据采集器后板单色仪口（monochromator）用数据线与单色仪SBP300连接，再将单色仪的输出口与电脑主机的数据线口连接(2)将溴钨灯电源输出端（Lamp）与溴钨灯光源室连接(3)开启溴钨灯电源，电源指示灯亮(4)预热大约两秒中之后，调节电流旋纽,此时面板左端将显示电流变化值，调节电流值到工作电流范围内(5A~6.25A)。
光纤Bragg光栅的光谱特性解析
光纤Bragg光栅的光谱特性光纤Bragg光栅是光纤通信和传感领域最重要的器件之一,也是目前学科前沿的课题之一,由于其插入损耗低、对偏振不敏感、与普通光纤接续简便、光谱响应特性动态可控以及结构紧凑、易于集成等特点,被广泛的应用于光通信和光传感的各个环节当中。
随着光通信的逐步发展,不仅对光纤Bragg光栅光谱中的谐振波长、峰值和带宽的要求更加严格,在频谱特性分析与改进方面还有大量的工作要做。
首先简单阐述了光纤光栅的发展历程,介绍了常见光栅的分类与应用。
然后从波动方程出发推导出了适用于光纤Bragg光栅的耦合模方程,介绍了传输矩阵法。
接下来对多相移(MPS)理论进行了简单的描述,并运用传输矩阵法对基于MPS的矩形采样、Sinc采样、高斯(Gauss)切趾光栅的频谱特性图进行了数值模拟,对模拟结果做了分析与讨论。
最后提出了一种设计宽带平坦多信道梳状滤波器的简单方法,根据实际的DWDM系统需要预定设计目标,针对不同的要求给出设计思路并进行了数值模拟与分析。
MPS技术在Sinc采样光栅和Gauss切趾采样光栅中的数值模拟结果表明:Sinc采样光栅带外旁瓣和带内的串扰都会受到折射率变化量的影响,加入多相移之后,扰动就会更加剧烈。
Gauss切趾光栅消光比随切趾参数G的增大而增大,加入多相移之后,消光比都会有一定程度的下降;而信道带宽与信道间隔之间的比值会随着G的增大而增加,当加入多相移后,这个比值会更大。
对宽带平坦多信道梳状滤波器的设计表明:该滤波器整个反射谱的波段范围很广,信道数目成倍增加,且其平坦性会随着折射率变化量的增大而得到改善,信道反射率很高,反相级联体方法的引入可以对滤波器反射谱的消光比和峰值达到很好的改善。
整个设计结果基本满足各项预定的指标要求,对于实际的滤波器应用有一定的参考价值。
...[1]. 陈阳,周长尊.AN采用FBG温度机械合成调谐技术的光滤波器(英文)[J].光子学报, 2002,(12)[2]. 刘文清,夏宇兴,江荣熙.国产HpD在溶液和细胞模式中的光谱特性[J].激光杂志, 1990,(06)[3]. 李国利,刘连新,韩秋静,赵彦涛.双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析[J].光纤与电缆及其应用技术, 2006,(01)[4]. 吴付岗,姜德生,何伟.基于相关分析的光纤光栅Bragg波长偏移值测量[J].计算机测量与控制, 2007,(05)[5]. 李智忠,杨华勇,刘阳,周伟林.光纤Bragg光栅压力传感机理研究[J].应用光学, 2005,(03)[6]. 蒋泽,付钰.光纤Bragg光栅的电磁波理论及其数值分析[J].半导体光电, 2006,(03)[7]. 毕卫红,张闯.光纤Bragg光栅的反射特性研究[J].传感器技术, 2003,(08)[8]. 贾宏志,李育林,忽满利,张培琨.光纤Bragg光栅温度和应变的灵敏度分析及应用探讨[J].激光杂志, 1999,(05)[9]. 傅思镜,梁丽贞,曹惠英,刘惠子.光纤Bragg光栅及其光学特性测量[J].中山大学学报(自然科学版), 1999,(06)[10]. 苏立国,刘振宇,朱燕杰,董小鹏.基于光纤Bragg光栅的滤波技术[J].光机电信息, 2001,(07)【关键词相关文档搜索】：通信与信息系统; 光纤Bragg光栅; 采样光栅; 光谱特性; 多相移技术(MPS); 光滤波器【作者相关信息搜索】：西南交通大学;通信与信息系统;潘炜;刘海涛;。
光栅光谱仪原理及设计研究
光栅光谱仪原理及设计研究光栅光谱仪原理及设计研究引言：光栅光谱仪是一种常见的光学仪器，用于分析物质的光谱特性，从而获得物质的组成和结构信息。
本文将介绍光栅光谱仪的原理，并重点讨论其设计和研究。
一、光栅光谱仪的原理1.1 光的波动特性光是一种电磁波，具有波动特性。
在光栅光谱仪中，光通过光栅后会发生衍射现象，根据衍射理论，光的波长和光栅的构型会影响衍射光的传播方向和强度。
1.2 光栅的工作原理光栅是一种具有周期性结构的透明或不透明薄片。
光栅中的周期性结构可以将入射光线分散成不同波长的衍射光束。
光栅的周期性结构由等间距的凹槽或凸起组成，通常用线数（即每毫米的凹槽或凸起数）表示。
1.3 衍射光的分布与光栅的参数入射光线通过光栅后，不同波长的衍射光相对应于不同的衍射角。
光栅的参数，例如线数、入射角等，会影响不同波长的衍射光的强度和相对位置。
二、光栅光谱仪的设计2.1 构成光栅光谱仪主要由入射系统、衍射系统、检测系统和信号处理系统四个部分组成。
2.2 光栅的选择光栅的选择需要考虑波长范围、分辨率和灵敏度等因素。
常见的光栅类型有平面反射光栅和平面透射光栅，具有不同的特点和应用领域。
2.3 光谱仪的性能指标常用的光谱仪性能指标包括分辨率、灵敏度、动态范围和信噪比等。
这些指标直接影响着光栅光谱仪的测量精度和可靠性。
三、光栅光谱仪的研究应用3.1 光谱分析光栅光谱仪可以用于物质的光谱分析，通过检测不同波长的衍射光的强度分布，可以获得物质的组成和结构信息。
例如，利用光栅光谱仪可以测量吸收光谱、发射光谱、荧光光谱等。
3.2 生物医学领域在生物医学领域，光栅光谱仪被广泛运用于分析生物体内物质的组成和结构。
例如，可以通过检测人体组织中的衍射光谱特性，实现早期癌症的早期诊断和疾病的监测。
3.3 光通信在光通信领域，光栅光谱仪可以用于检测和分析光纤中的光信号。
通过光栅光谱仪检测光纤中的衍射光谱特性，可以对光信号进行解调和分析，实现高速、稳定的光通信传输。
光纤光栅光谱特性研究
SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ课程设计题目：光纤光栅光谱特性研究所属课程：应用光学学院：理学院专业：光电信息科学与工程学生姓名：卢远学号：指导教师：郭立萍2015 年 6 月光纤光栅光谱特性研究摘要光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。
由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。
当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
随着信息业务量快速增长，语音、数据和图像等业务综合在一起传输，从而对通信带宽容量提出了更高要求。
全光通信是解决“电子瓶颈”最根本的途径，全光网通信可以极大地提高节点的吞吐容量，适应未来高速宽带通信的要求。
基于光纤的光敏特性制作成的光纤光栅已成为光通信系统和光纤传感器中的关键器件。
它有许多突出的优点，优良的性质，这使得它成为目前研究的热点。
本文主要论述了光纤光栅的基本原理与其制作的方法，利用耦合理论分析光纤光栅光谱特性。
本文中讨论了现在光纤光栅在各个领域的利用，并且探讨了光纤光栅现状的利用和未来的发展方向。
本文利用matlab仿真，画出不同光栅的光谱图，观察各种参数的变化对光栅光谱特性的影响，并分析光纤光栅光谱图。
关键词:光纤光栅;耦合模理论;光谱特性目录摘要 (I)第1章绪论 (1)1.1光纤光栅的基本概念 (1)1.2光纤光栅的现状与应用 (1)1.2.1光纤光栅的现状 (1)1.2.2光纤光栅的应用 (2)1.3光纤光栅的近期研究进展 (3)1.4研究光纤光栅的光谱特性的目的 (4)第2章光纤光栅理论分析 (6)2.1光纤光栅的光谱特性与其数值模拟 (6)2.1.1 均匀光纤光栅 (7)2.1.2 线性啁啾光纤光栅 (8)第3章结果与讨论 (11)3.1均匀光纤光栅 (11)3.2线性啁啾光纤光栅 (16)结论 (17)第1章绪论1.1 光纤光栅的基本概念光纤光栅是用光纤材料光敏特性而制作的。
光纤光栅的检测技术报告
光纤光栅的检测技术报告光纤光栅是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤中的衍射光栅原理来实现对光信号的检测和测量。
光纤光栅的检测技术具有高灵敏度、快速响应、无电磁干扰等特点，广泛应用于光通信、传感器、光纤传输等领域。
本报告将详细介绍光纤光栅的原理和检测技术。
一、光纤光栅的原理光纤光栅是通过在光纤中形成周期性衍射光栅结构来实现对光信号的检测和测量的。
它主要由光纤、光栅和信号处理模块三部分组成。
光纤是一种能传输光信号的细长透明介质，具有优良的光学传输性能。
在光纤光栅中，光纤的两端通常连接光源和检测器。
光线由光源射入光纤中，并经过光栅的衍射产生多个反射光栅，然后传输到检测器进行信号检测。
光栅是一种具有周期性折射率变化的光学元件，它可以将入射光分散成不同波长的衍射光。
光纤光栅中的光栅通常是通过在光纤中引入周期性的折射率变化来实现的，常见的方法包括光纤电弧法、光束干涉法等。
光栅的周期性决定了衍射光的波长和强度，通过对衍射光信号的检测和分析，可以实现对输入光信号的测量和分析。
信号处理模块主要用于光纤光栅的信号检测和数据处理。
它包括光电转换器、放大器、滤波器和数据采集系统等。
光电转换器将光信号转换为电信号，放大器将电信号放大，滤波器用于去除杂散信号，数据采集系统将电信号转换为数字信号并进行数据处理和分析。
二、光纤光栅的检测技术光纤光栅的检测技术主要包括波长测量、增益和损耗测量、温度测量等。
其中，波长测量是光纤光栅最常见和重要的应用之一、通过测量衍射光栅的波长和强度，可以获得输入光信号的波长和强度信息，从而实现对光信号的测量和分析。
光纤光栅的波长测量方法主要包括峰值检测法、尾巴检测法和参考法。
峰值检测法是通过测量衍射光谱中的峰值位置来确定波长，尾巴检测法是通过测量衍射光谱中的尾巴位置来确定波长，参考法是通过与已知参考波长进行比较来确定波长。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用场景的要求选择合适的方法。
增益和损耗测量是光纤光栅的另一重要应用，主要用于光纤传输中对信号强度和损耗的测量。
如何进行光纤光栅的特性测试
如何进行光纤光栅的特性测试光纤光栅是一种重要的光学器件，在光通信和传感领域有着广泛的应用。
为了确保光栅的性能和质量，特性测试是必不可少的一项工作。
本文将介绍如何进行光纤光栅的特性测试，包括光栅的光谱特性、反射特性和传输特性。
一、光栅的光谱特性测试光栅的光谱特性是指光栅对入射光的谱响应情况。
通过测量光栅在不同波长或频率下的反射光和透射光的功率谱，可以了解光栅的光谱特性。
在进行光谱特性测试时，需要使用一台高精度的光谱仪。
将光栅安装在适当的平台上，并保持稳定。
通过调整入射光的波长或频率，并记录反射光和透射光的功率，即可得到光栅的光谱特性曲线。
光栅的光谱特性曲线通常表现为频率或波长与反射光、透射光功率的关系。
根据测得的光谱特性曲线，可以评估光栅的谐振峰宽度、谐振峰间隔和透射带宽等参数。
光栅的光谱特性测试可以帮助我们了解光栅的滤波性能和散射特性，为后续的应用提供基础数据。
二、光栅的反射特性测试光栅的反射特性是指光栅对入射光的反射效果。
通过测量光栅的反射率和反射光的波长分布，可以了解光栅的反射特性。
在进行反射特性测试时，同样需要使用一台高精度的光谱仪。
将光栅与一束入射光垂直放置，并调整入射光的波长。
同时记录反射光的功率，并根据光谱仪的波长分辨率得到反射光的波长分布。
通过分析反射特性曲线，可以计算出光栅的反射率、反射带宽和反射峰值等参数。
此外，还可以测量光栅的反射光的偏振状态，了解光栅对不同偏振光的反射效果。
反射特性测试可以帮助我们了解光栅的反射效率和反射频率范围，为光学系统的设计和优化提供参考。
三、光栅的传输特性测试光栅的传输特性是指光栅对入射光的透射效果。
通过测量光栅的透射率和透射光的波长分布，可以了解光栅的传输特性。
在进行传输特性测试时，同样需要使用一台高精度的光谱仪。
将光栅与一束入射光夹持在适当位置，并调整入射光的波长。
同时记录透射光的功率，并根据光谱仪的波长分辨率得到透射光的波长分布。
通过分析传输特性曲线，可以计算出光栅的透射率、透射带宽和透射峰值等参数。
dpg10测试原理
dpg10測試原理摘要：一、DPG10 测试原理简介1.DPG10 测试的定义2.DPG10 测试的目的二、DPG10 测试方法1.测试流程2.测试参数3.测试仪器三、DPG10 测试结果分析1.测试数据处理2.结果判断标准3.结果解读四、DPG10 测试在实际应用中的意义1.在工业生产中的应用2.在科学研究中的应用3.在生活中的应用正文：DPG10 测试是一种广泛应用于工业生产、科学研究以及日常生活中的测试方法。
本文将对DPG10 测试的原理进行详细介绍。
首先，DPG10 测试，即双光束光纤光栅光谱仪测试，是一种用于测量光纤光栅的波长和衰减特性的测试方法。
通过DPG10 测试，可以评估光纤光栅的品质，为光纤通信、光纤传感等领域提供重要依据。
DPG10 测试的方法主要包括以下几个步骤：1.准备工作：搭建测试系统，包括光源、光纤光栅、光谱仪等组件；2.测试流程：通过光谱仪测量输入和输出光功率，计算光纤光栅的波长和衰减特性；3.参数设置：根据实际需求，设置测试参数，如光谱分辨率、测试时间等；4.数据处理：对测试数据进行处理，得出波长和衰减特性等指标；5.结果判断：根据预设的标准，判断测试结果是否合格；6.结果解读：分析测试数据，了解光纤光栅的品质和性能。
DPG10 测试在实际应用中具有重要意义。
在工业生产中，DPG10 测试可以用于检测光纤光栅的品质，保证光纤通信和光纤传感设备的性能。
在科学研究中，DPG10 测试为光纤光栅的研究提供了便捷的手段。
在日常生活中，DPG10 测试也有着广泛的应用，如光纤网络的建设和维护等。
光纤光栅光谱特性测试系统的设计解析
实验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计一．实验目的和任务1．熟悉PC光谱仪的使用方法2．了解光环行器的工作原理和主要功能。
并测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数。
3．了解光纤光栅的光谱特性4．应用PC光谱仪、光环行器测量光纤光栅的光谱特性二．PC光谱仪PC光谱仪是用来测量光源或其它器件经光纤输出的光的波长和能量的关系图（即光谱特性）。
图1.1 PC光谱仪的软件界面本实验用的PC光谱仪的硬件是插入计算机ISA槽的ISA2000卡。
该卡有一个光输入孔。
测试波长范围为紫外-可见光-近红外。
PC光谱仪的软件界面如图1.1所示。
界面中，主要工具栏按扭介绍：1．数据光标左移按扭，每点击该按扭一次，数据光标左移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
2．数据光标右移按扭，每点击该按扭一次，数据光标右移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
3．开始/结束扫描波形按钮。
第一次点击该按扭，开始扫描，显示出扫描波形，并且能感觉波形在动。
再次点击该按扭，结束扫描，波形静止。
4．点击该按扭，增加波长显示范围，即水平方向缩小波形。
如果要在水平方向放大波形，操作方法为：左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
5．纵坐标自动调整按钮，如果波形出现削顶或者波形太低，左击该按钮，可以自动调整波形高度。
右击该按钮，取消自动调整纵坐标操作。
6．计算按钮，点击该按钮，显示波形的中心波长、峰值波长、半最大值全宽等参数。
使用该PC光谱仪测量光谱特性的步骤：1．将待测光输入到ISA2000卡的光输入孔内，运行程序“Spectra Wiz”, 即可进入软件运行窗口。
2．点击开始/结束扫描波形按钮，开始扫描波形，再点击一次该按钮，结束扫描波形。
3．点击横坐标调整按钮，显示波形到界面适当位置。
如果要在水平方向放大波形，就左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
4．点击纵坐标调整按钮，调整波形到适当高度。
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实验一光纤光栅光谱特性测试系统的设计一.实验目的和任务1熟悉PC光谱仪的使用方法2. 了解光环行器的工作原理和主要功能。
并测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数。
3. 了解光纤光栅的光谱特性4. 应用PC光谱仪、光环行器测量光纤光栅的光谱特性二.PC光谱仪PC光谱仪是用来测量光源或其它器件经光纤输出的光的波长和能量的关系图（即光谱特性）。
图1.1 PC光谱仪的软件界面本实验用的PC光谱仪的硬件是插入计算机ISA槽的ISA2000卡。
该卡有一个光输入孔。
测试波长范围为紫外-可见光-近红外。
PC光谱仪的软件界面如图1.1所示。
界面中，主要工具栏按扭介绍：1. —数据光标左移按扭，每点击该按扭一次，数据光标左移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置开始/结束扫描波形按钮。
第一次点击该按扭，开始扫描，显示出扫描波形, 并且能感觉波形在动。
再次点击该按扭，结束扫描，波形静止。
213. 4. 6. 21 ,显示波形到界面适当位置。
如果要在水平方向放大 2. 二J 数据光标右移按扭，每点击该按扭一次，数据光标右移一个像素的距离。
连续点击该按扭，可以找到波峰位置。
点击该按扭，增加波长显示范围，即水平方向缩小波形。
如果要在水平方 向放大波形，操作方法为：左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
5. I® 纵坐标自动调整按钮，如果波形出现削顶或者波形太低，左击该按钮，可 以自动调整波形高度。
右击该按钮，取消自动调整纵坐标操作。
计算按钮，点击该按钮，显示波形的中心波长、峰值波长、半最大值全宽等参数。
使用该PC 光谱仪测量光谱特性的步骤：1. 将待测光输入到ISA2000卡的光输入孔内，运行程序“ Spectra Wiz ”，即可进入 软件运行窗口。
2. 点击开始/结束扫描波形按钮丄± ,开始扫描波形，再点击一次该按钮，结束扫描波形。
3. 点击横坐标调整按钮 波形，就左击波形的左侧，拖动鼠标到波形的右侧，释放鼠标，即可。
4.点击纵坐标调整按钮 ，调整波形到适当高度。
5.点击计算按钮星!，显示相关参数数据。
-~~、【几工；r 力二耳口二.光环行器（一）光环行器的工作原理光环行器是一种多端口输入输出的非互易器件， 具有正向顺序导通而反向传输阻止 的特性，可以完成正反向传输光的分离，在双向长途干线通信、密集波分复用器及光时 域反射计（OTDR ）中有广泛的应用。
制造光环行器的方法有几种，但所有的光环行器的工作原理是相同的，比如 3端口 的光环行器，在端口 1输入的光信号只有在端口 2输出；在端口 2输入的光信号只有在 端口 3输出，而在端口 3输入的光信号只能在端口 1输出。
但是在许多应用中，这最后 一种状态是不必要的，因此，大多数商用环行器都被设计成“非理想”状态，即吸收从 端口 3输入的任何信号。
3端光环行器的原理图如图1.2所示：如图1.2(b)所示，光环行器主要由法拉第旋转器(Faraday Rotator)、扎/2波片和偏振分束器(Polarization Beam Splitter，PBS)组成。
当包含两个正交偏振的输入光波由 1 端输入，被第一个偏振分束器分离成偏振方向平行和垂直的两束光，垂直偏振光经偏振分束器和反射镜两次反射，再经过法拉第旋转器，偏振方向旋转45°，通过■ /2波片，再次旋转45°，变为平行偏振光。
而垂直偏振光透过PBS后，经过偏振分束器和■ /2波片旋转90°，变为平行偏振光，两束偏振光通过偏振分束器再合成为为一束光。
由于法拉第旋转器对光的旋转方向与入射光的入射方向无关，当反向传输时，即从2端输入时，由PBS 从3端输出，而不能从1端输出，因此，当光线由2端输入时，只能从3端输出。
(二)光环行器插入损耗测量光环形器插入损耗就是指光信号经过光环形器后，输出光功率与输入光功率的比值(以dB为单位)，如设端口i的输入光功率为P i(mW)，端口j的输出光功率(a)三端口光环形器图1.2三端口光环形器为P(mW)则计算光光环形器端口i到端口j的插入损耗的公式为:In sertloss. = 10 Ig R(mW ) P j mW dB i=1,2 j=2,3 (1-1)光功率=R(dBm )- Pj(dBm )测量光环行器插入损耗的原理图如图 1.3所示。
图中光隔离器的作用是减小接头及 光环行器反射光对半导体激光器的影响。
图1.3光环形器1至2端插入损耗测量原理图 光环行器插入损耗测试的实验步骤： 1. 按照图1.3 , LD 光源经光隔离器连接到光功率计。
从光功率计中读出输入光功 率R 。
2. 然后在光隔离器和光功率器之间插入光环形器，即光从 1端输入，然后用光功 率计测量环形器2端的输出光功率2。
5.由环形器插入损耗公式（1-1 ）可以计算得出光环形器1至2端插入损耗。
利用同样的原理，可以测试光环形器 2至3端的插入损耗。
（三）光环行器隔离度测试隔离度是光环形器的一个重要指标，它表征了光环形器对反向传输光的隔离能力。
在图1.3中，只是要将光环形器反向接入，即可测量隔离度。
例如 1、2端反向接 入既以光环形器2端为输入端，以1端为输出端，测量1端的光输出功率。
实验过程 也与测插入损耗类似。
光环行器的隔离度定义为：Isolatio n —j=P j dBm - F f dBm i=1,2 j=2,3（1-2）光环行器隔离度测试的实验步骤：1.LD 光源经光隔离器连接到光功率计。
从光功率计中读出输入光功率 P 2。
2.然后在光隔离器和光功率器之间反向插入光环形器，即光从 2端输入，然后用 光2端光隔离器 P2 P3功率计测量环形器1端的输出光功率R，即输出功率。
3. 光环形器插入损耗公式（1-2 ）可以计算得出光环形器1至2端隔离度(1-3) (1-4)同样的原理，可以得到光环形器 2至3端隔离度（四）光环行器方向性测试方向性是光环形器另一个重要技术指标，它是衡量光环形器的定向传输特性的参数。
假设光环形器1端输入功率为P i ，3端输出功率为P 3。
则计算光环形器1至2端方 向性计算公式为：Directivit y 12=10lg -Pi dBP 3光环行器1至2端方向性实验原理图如图1.4所示。
图中2端末端加折射率匹配 液是为了减小从1端到2端光功率的反射，以保证测量的准确性。
光环行器方向性测试的实验步骤：1.将LD 光源输出端经过光隔离器连接到光功率计上，可以测得输入光功率 日。
2. 然后将光环形器正向接入，以1端作为输入端，在2端涂上折射率匹配液，将 光功率计接在环形器3端，测得输出光功率P 3。
3. 光环形器方向性计算公式（1-3 ），可以算出1至2端的方向性。
4. 同理可得2至3端的方向性。
（五） 光环行器回波损耗测试原理图1.4 光环形器1至2端方向性测量原理图回波损耗又称为后向反射损耗。
它是指光纤连接处，光环形器的后向反射光相 对输入光的比（以dB 为单位）。
光环形器的回波损耗测量原理图如图 1.5所示。
如果设 光环形器1端输入光功率为R,反射光功率为P ，则计算光环形器1端回波损耗的公式 为：Retur nl oss =10lg Loss c R L OSE 为2 2光纤方向耦合器的插入损耗与分束损耗之和，即(1-5)Loss = In sertloss Splitti ngloss 对3dB 光耦合器，分束损耗为3dB,插入损耗大大小于分束损耗，所以Loss ；约等于3dB 。
光环行器回波损耗测试的实验步骤：1. 将LD 光源输出端连接到光隔离器正向输入端，然后将光隔离器正向输出端连接到光耦合器的输入端1,用光功率计测量光耦合器输出端1端的输出功率R,即光环 形器的输入光功率。
2. 将光环形器连入，1端连接到光耦合器的输出端1,在光环形器2端连接器光 纤端面上涂上折射率匹配液。
用光功率计测量光耦合器输入端 2的输出光功率P R ,即光 环形器1端反射光通过光耦合器的输出光功率。
因此P R 是经过光耦合器分成相等的两份 后的输出光功率。
3. 由回波损耗的计算公式(1-4)，可以得出光环形器1端的回波损耗。
四. 光纤光栅随着互联网和多媒体通信的发展，数据传输量正在迅猛地增长，光纤通信技术受到广 泛重视.密集波分复用技术的采用，可以大大提高光纤通信的容量。
但是，如何方便地 在光纤线路上实现高速数据的密集波分复用和全光解复用， 以及如何实现光信号在光纤 传输过程中的色散补偿，是人们亟待解决的两个问题。
不过，随着光纤布拉格光栅的出 现，这两个难题的解决变得容易了。
1978年，加拿大的K . O . Hill 等人，率先采用 488 nm 蓝光和514.5 nm 的绿光，利用驻波干涉模式，实现光致折射率变化效应，成功 地制成了光敏光纤布拉格(Bragg)光栅。
1989年，美国G . Meltz 等人，又实现了用 两束244 nm 相干紫外光进行全息曝光，从光纤侧面写入光敏光纤 Bragg 光栅的技术。
至此，光纤光栅以它独特的滤波和色散特性，对光纤通信中的光发送、光放大、光纤色 散补偿、光接收等各个方面产生重大影响，预示着光纤通信技术新阶段的到来，成为下 一代高速光纤通信系统中不可缺少的器件，被认为是继光纤放大器之后光纤通信技术发 展的又一里程碑。
由于光纤光栅在高速通信领域的重要使用价值和可以预期的在其它一 些领域的广泛应用前景，目前已成为全世界的研究热点。
光隔离器 光耦合器图1.5 光环形器1端回波损耗测量原理图（一）光纤光栅的光学特性光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分或完全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱•在一根单模光纤中，纤芯中的入射基模既可被耦合到后向传输模也可被耦合到前向传输模中，这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即卄辽』（1-6）上式中，A是由模式1耦合到模式2所需的光栅周期，B 1、B 2分别为模式1和模式2 的传输常数。
为了将一个前向传输模耦合到一个后向传输基模，需要满足--=r - 八01 - - - 01 = 2 ：01（1-7 ）A式中，B 01为单模光纤中传输模式的传输常数。
这种情况下所得到的光栅周期较小（＜1卩m），称为短周期光栅，也叫Bragg光栅。
其基本特征表现为一个反射式光学滤波器，反射峰值波长称为Bragg波长（入B），满足B =2n eff_* （1-8）这里n eff为光纤的有效折射率。
根据需要，可以做成带宽从0.1 nm到几十nm的反射式滤波器。
另一种情况，要将一个前向传输模耦合到一个反向包层模，此时B1与B 2同号，因此A较大，这样所得到的光栅称为长周期光纤光栅（LPG），A—般为数百」m。