实验-光纤光栅温度传感 .pdfVIP

实验名称光纤光栅温度传感实验

一实验目的

1、了解在光纤的纤芯中制作光栅的基本方法（光纤光栅的制作）；

2、掌握光纤光栅信号传输的原理；

3、掌握光纤光栅温度传感的原理；

4、进一步掌握新的光纤光栅布喇格波长的检测方法（长周期光纤光栅线性滤波解调方

法）；

5、掌握普通光纤光栅温度传感的优点及其适用范围。

二实验仪器

ASE自发辐射宽带光源，光纤跳线，法兰盘，光谱仪（单模通信光纤接口），光纤耦合

器（测反射谱峰值时用，测透射谱峰值不需要），温度控制仪（模拟实际测量温度场），

光纤熔接机（代价大，仅限备用）

三实验原理

1.光纤布喇格光栅原理

光纤布喇格光栅的原理是由于光纤芯区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祸合，使得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。整个光纤曝光区域的折射率分布可表示为：



n[1F(r,,z)]ra

11





n(r,,z)nara（1）



212



nra

32

式中F(r,φ,z）为光致折射率变化函数，具有如下特性：



n(r,,z)



F(r,,z)

n

1

n

max

F(r,,z)(0zL)

maxn

1



F(r,,z)0z(L)

式中a为光纤纤芯半径；a为光纤包层半径，相应的n为纤芯初始折射率；n为包层

1212

折射率；△n(r,φ,z）为光致折射率变化；△n为折射率最大变化量。

max

因为制作光纤光栅时需要去掉包层，所以这里的n一般指空气折射率。之所以式中出现

3

r和φ坐标项，是为了描述折射率分布在横截面上的精细结构。

图1光纤光栅折射率分布示意图

为了给出F(r,φ,z）的一般形式，必须对引起这种折射率变化的光波场进行详尽分

析。目前采用的各类写入方法中，紫外光波在光纤芯区沿径向的光场能量分布大致可分

为如下几类：均匀正弦型、非均匀正弦型、均匀方波型和非均匀方波型。从目前的实际

应用来看，非均匀性主要包括光栅周期及折射率调制沿Z轴的渐变性、折射率调制在

横截面上的非均匀分布等，它们分别可以采用对光栅传播常数kg修正——与Z相关

的渐变函数φ(z)，以及采用△n(r）代表折射率调制来描述。为了更全面地描述光致折

射率的变化函数，可以直接采用傅里叶级数的形式对折射率周期变化和准周期变化进行

分解。基于这些考虑，可以采用下列

一般性函数来描述光致折射率变化：

n



max

F(r,,z)F(r,,z)acos[(kq(z))z](2)

n0qg

1q

式中Fo(r,φ,z