三光纤光栅PPT课件

合肥工业大学仪器科学与光电工程学院
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光纤光敏性分析（2）
• 虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si 原子在石英玻璃中四面体中的位置，但是Ge的掺 入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避 免地形成缺陷中心。
• 包层发生了什么?
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光敏光纤
• 掺铈光纤、掺铒锗光纤、掺锗硼光纤、掺氟锆光 纤、掺铕光纤。
• 1989年 G.Melts 报道了从光纤的侧面用激光的干 涉曝光制作了光纤光栅，使光纤光栅得到迅速发 展。
• 1993年 K.O. Hill提出的相位掩模制造法使光纤光 栅的制造技术得到重大发展，使光纤光栅的大批
量制造成为可能。
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三、光纤光栅光敏性
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光纤技术产生了重大影响,使 各种全光纤器件成为现实,并促使人们重新考虑光纤通信 系统中各种光学元器件的构成与设计。它促进了光通讯容 量的提高,尤其是促进了WDM复用的迅速发展。
• 光纤光栅在光纤通信和光纤传感领域中的里程碑作用已被 世人认可,成为光纤通信和光纤传感等技术领域必不可少 的基础性元件。
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石英结构
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光纤光敏性分析（1）
• 目前是十分活跃的领域，是一个十分复杂的过程， 目前不能给出完全定量化的描述。
• 光纤的光敏性与掺杂有关。石英材料的分子结构 通常为四面体结构，每个Si原子通过形成共价键 与四个氧原子相连。由于纯石英的吸收带位于 160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的 光具有大于90％的透过率。这些波长的光不会对 石英材料的性质产生任何形式的影响。因此，光 纤的光敏性与掺杂有关。
• 1） 抗干扰能力强：这一方面是因为普通传输光纤不会影 响光波的频率特性（忽略光纤的非线性效应）；另一方面 光纤光栅传感系统从本质上排除了各种光强起伏引起的干 扰，例如光源强度的起伏、光纤微弯效应引起的随机起伏 等都不可能影响传感信号的波长特性，因而基于光纤光栅 的传感系统具有很高的可靠性和稳定性；
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光纤光敏性概念（1）
• 所谓的光敏性，就是指当材料被外部光照射时， 引起该材料物理或化学特性的暂时或永久性变化 的一种特性。
• 光纤中的光敏性通常是特指光纤纤芯折射率在外 部光源照射时发生改变的特性。在一定条件下， 变化的大小与光强成线性关系并可保存下来。
• 色心一般是指缺陷的吸收带，是导致光纤传输的 重要原因。
天线 • 8、光纤传感器：波长编码，绝对测量，可检测应力、应变、温度、
压力、振动、磁场、电流等多种物理量。
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光纤光栅传感器的优势（1）
光纤光栅用于智能结构（smart structure）和材料的光纤传 感器的研究，主要用于结构内部应变、压力、温度、振动、 载荷疲劳、结构损伤等参数的监测。
• 2） 光纤光栅传感器是自参考的，可以绝对测量（在对光 纤光栅进行定标后），不必如基于条纹计数的干涉型传感 器那样要求初始参考；
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光纤光栅传感器的优势（2）
• 3） 传感探头结构简单、尺寸小（其外径与光纤本身等 同），适于各种场合，尤其是智能材料和结构。便于埋入 复合材料构件及大型建筑物内部，对结构的完整性、安全 性、载荷疲劳、损伤程度等状态进行连续实时监测；
以掺铒光纤为增益介质。 • 3、光纤放大器,反射泵浦,增益平坦,增益锁定等功能; • 4、光纤滤波器 ，基本滤波器、干涉带通滤波器、Fabry-Perot滤波器，
内耦合器Bragg光栅滤波器 • 5、波分复用/解复用器 • 6、色散补偿，啁啾光纤光栅色散补偿 • 7、光学信息补偿，作为相位调节器，光学Fourier变换器和相位阵列
• 它作为高性能的滤波元件,在光纤光栅激光器、光纤放大 器、密集波分复用器(DWDM)、光分/插复用器(OADM)、 光交叉连接器(OXC)和偏振模色散补偿器等全光网络关键 元器件中获得了重要应用,在全光网络的发展中起着重要 作用。
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光纤光栅的重要作用
• 1、半导体激光器：在输出部分加Bragg单模激光； • 2、光纤激光器，波长相同的Bragg可以形成腔镜，提供波长选择反馈，
• 4) 便于构成各种形式的光纤传感网络，尤其是采用波分 复用（WDM）技术构成分布式光纤光栅传感器阵列，进 行大面积的多点测量；
• 5）测量结果具有良好的重复性； • 6) 光栅的写入工艺己较成熟，便于形成规模生产（商品
化）。
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二、光 纤光栅的历史
• 1978年由加拿大通讯研究中心(CRC, Canadian Research Centre )的K.O. Hill.率先报道了光纤的 光敏特性，制造了第一支光纤光栅。
• 光纤光栅分成三种：I型、IIA型、III型。 • 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
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光纤光栅光敏的分类
第三讲 光纤光栅
主要内容
➢光纤光栅的意义 ➢光 纤光栅的历史 ➢光纤的光敏性 ➢光纤光栅的写入方法 ➢光纤光栅的光学特性 ➢光纤光栅传感及应用领域、展望
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一、光纤光栅的意义
• 光纤在紫外光照射下产生的光致折射率变化的效 应，在纤芯上形成周期性的折射率调制分布，从 而对入射光中相位匹配的频率产生反射。
• 在通信中应用最广泛的是纤芯掺锗光纤。 • 在光纤材料中掺入Ge以后将产生位于195nm、
213nm、240nm、281nm、325nm、517nm等多 个附加吸收带，其中240nm、195nm为强吸收带
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光纤光栅光敏的分类
• 光敏性与光纤类型、紫外辐射波段和激光功率有 关。