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光纤光栅高温再生机理研究

摘要

光纤光栅作为一种优良的光无源器件，因其灵敏度高、抗腐蚀性强、抗电磁干扰

等特性而广泛应用于传感领域。但普通的光纤光栅只能应用于常温下，当温度达到

300℃以上时，光纤光栅的光谱会衰减甚至消失，这也成为光纤光栅在高温环境下应用

的一大掣肘。再生光纤光栅是I型光纤光栅在高温下退火再生得到的一类耐高温光纤光

栅，可以在1000℃以上的高温环境中长时间稳定工作，相比较其他耐高温光纤光栅，

再生光纤光栅制作成本低、流程简便，因此在高温传感领域被广泛研究，本文针对光

纤光栅再生过程中光纤光栅折射率调制及有效折射率等的变化进行一系列讨论研究。

首先回顾了光纤光栅的发展历程和不同类型的耐高温光纤光栅，顺势引出了再生

光纤光栅，并详细介绍了再生光纤光栅的发展现状，包括再生机理的研究以及再生过

程及其影响因素的研究现状，并对本文工作进行具体安排。

其次，对光波在光纤光栅中的传输原理进行介绍，详细推导了耦合模理论与基于

多层膜的传输矩阵理论，还对目前再生光纤光栅的两种再生机理进行了分析介绍，最

后制备了再生光纤光栅。

再次，提出利用光学低相干反射计对光纤光栅完整再生过程进行表征来分析光纤

光栅的再生速率，介绍了白光干涉的原理，利用切趾光纤光栅再生过程轴向的不同干

涉峰的强度变化，得到了不同折射率调制深度的光纤光栅再生速率始终一致的结论，

利用光纤光栅的反射率变化对白光干涉监测结果进行了验证，并提出了在光纤光栅上

加入相移引入干涉峰的方式来增强光纤光栅再生过程的监测能力。

最后，研究了应力对光纤光栅再生过程的影响，利用再生过程光纤光栅中心波长

的变化引入光纤有效折射率的变化并提出光纤纤芯中元素向包层的扩散和芯-包界面的

应力反转导致了有效折射率的变化，其中后者为主要原因，利用去包层光纤光栅与带

包层光纤光栅分别再生，对比分析光纤光栅再生过程中光纤有效折射率的变化情况，

去包层后的光纤光栅由于纤芯与包层之间应力消失，证明了有效折射率的变化是纤芯

与包层之间应力变化，同时对比两者的反射强度变化，发现应力变化不是导致光纤光

栅再生的主要原因。

关键词：再生光纤光栅；折射率调制；再生速率；白光干涉；有效折射率

光纤光栅高温再生机理研究

Abstract

FiberBragggrating(FBG)isanexcellentpassiveopticaldevicewidelyusedinthesensing

fieldduetoitshighsensitivity,strongcorrosionresistance,andresistancetoelectromagnetic

interference.However,ordinaryFBGscanonlybeusedatroomtemperature.Whenthe

temperatureexceeds300°C,thespectrumoftheFBGmayattenuateorevendisappear,which

becomesamajorobstacletotheapplicationofFBGsinhigh-temperatureenvironments.

RegeneratedFiberBragggrating(RFBG)isatypeofhigh-temperatureresistantFBG

regeneratedfromTypeIFBG.Itcanworkstablyinhigh-temperatureenvironmentsabove

1000°Cforalongtime.Comparedwithotherhigh-temperatureresistantFBGs,RFBGhaslow

productioncostanda