研究设计性实验内容.pdf

光纤光栅传感器实验 一、实验目的 1. 了解和掌握光纤光栅的基本特性； 2. 了解和掌握光纤光栅传感器的基本结构、基本原理； 3. 光纤光栅传感测量的基本方法和原理。 二、实验原理 光纤光栅是近年来问世的一种特殊形式的光纤芯内波导型光栅，它具有极为 丰富的频谱特性，在光纤传感、光纤通信等高新技术领域已经展示出极为重要的 应用。特别是在用于光纤传感时，由于其传感机构（光栅）在光纤内部，且它属 于波长编码类型，不同于普通光纤传感的强度型，因而具有其他技术无法与之相 比的一系列优异特性，如防爆、抗电干扰、抗辐射、抗腐蚀、耐高温、寿命长、 可防光强变化对测量结果的影响、体积小、重量轻、灵活方便，特别能在恶劣环 境下使用。光纤光栅传感器可集信息的传感与信息的传输于一体，它极易促成光 纤系统的全光纤化、微型化、集成化以及网络化等等，因此光纤光栅传感技术一 经提出，便很快受到青睐，并作为一门新兴传感技术迅猛崛起。 1. 光纤光栅及其基本特性 光纤光栅的基本结构如图1－1 所示。它是利用光纤材料的光折变效应，用 紫外激光向光纤纤芯内由侧面写入,形成折射率周期变化的光栅结构，这种光栅 光纤包层 入射光 反射光 布喇格光纤光栅 纤芯 附图 1－1 光纤光栅示意图 称之为布喇格（Bragg）光纤光栅。 这种折射率周期变化的Bragg 光纤光栅满足下面相位匹配条件时，入射光将 被反射：  2n  B e f f (1)  n 式中 为Bragg 波长（即光栅的反射波长）， 为光栅周期， 为光纤材料 B eff 的有效折射率。如果光纤光栅的长度为L , 由耦合波方程可以计算出反射率R 为： 1 2   * 2 A 0   sinh sL R r A (0) s 2 cosh2 sL  ( / 2)2 sinh2 sL i 图 1－2 显示了两条不同反射率的布喇格光纤光栅反射谱，附图 1－3 为实际的 一个布喇格光纤光栅反射谱和透射谱。 L L 附图 1－2 曲线 =2 和 =5 的反射谱 附图 1－3 布喇格光纤光栅透射 谱和反射谱 其峰值反射率 为: R m 2  nL  Rm tanh   2neff     (2) 反射的半值全宽度（FWHM ）,即反射谱的线宽值 2  2  n      