光纤光栅的作用与原理？

Question

如题所述

Answer 1

     å…‰çº¤å…‰æ …的原理概述及特征参量光纤光栅的形成方式主要是使用各类激光使光纤产生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（透射或反射）滤波器或反射镜，将确定频率/波长的导模反射，原理类似多层增反膜，其滤波波长称为布拉格波长，在确定条件下布拉格波长等于光栅所在位置的有效折射率乘以光栅几何周期，而有效折射率和光栅周期会随温度和应力状态改变，这也是光纤光栅应用于应力及温度传感的基础。

       å…‰çº¤å…‰æ …的用途及市场

光纤光栅在光纤通信系统中的应用 光纤光栅作为一种新型光器件，主要用于光纤通信、光纤传感和光信息处理。在光纤通信中实现许多特殊功能，应用广泛，可构成的有源和无源光纤器件分别是：

有源器件：光纤激光器（光栅窄带反射器用于DFB等结构，波长可调谐等）；半导体激光器（光纤光栅作为反馈外腔及用于稳定980nm泵浦光源）；EDFA光纤放大器（光纤光栅实现增益平坦和残余泵浦光反射）；Ramam光纤放大器（布喇格光栅谐振腔）；

无源器件：滤波器（窄带、宽带及带阻；反射式和透射式）；WDM波分复用器（波导光栅阵列、光栅/滤波组合）；OADM上下路分插复用器（光栅选路）；色散补偿器（线性啁啾光纤光栅实现单通道补偿，抽样光纤光栅实现WDM系统中多通道补偿）；波长变换器 OTDM延时器 OCDMA编码器 光纤光栅编码器。

传感器中

光纤光栅自问世以来，已广泛应用于光纤传感领域。由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、抗腐蚀、电绝缘、高灵敏度和低成本以及和普通光纤的良好的兼容性等优点，所以越来越受关注。由于光纤光栅的谐振波长对应力应变和温度的变化敏感，所以主要用于温度和应力应变的测量。这种传感器是通过外界参量(温度或应力应变)对Bragg

光纤光栅的中心波长调制来获得传感信息的。因此，传感器灵敏度高，抗干扰能力强，对光源能量和稳定性要求低，适合作精密、精确测量。 光纤光栅传感器现已占以光纤为主的材料的44.2 %。光纤光栅传感器已被用于各个方面，例如高速公路、桥梁、大坝、矿山、机场、船舶、地球技术、铁路、油或气库的监测。传感器的一个发展方向就是多点、分布式传感器，它们主要是利用WDM, TDM, SDM, CDMA的组合。

滤波器中

光纤滤波器是光纤通信中的一个重要的无源器件，光纤光栅的出现真正实现了全光纤型滤波器。光纤光栅滤波器成本低、与光纤兼容、易于集成等优点是光纤通信系统中理想的器件。随着光纤光栅制作技术的成熟和各种波长调节手段的丰富，可以实现从1520~1560nm全波段单通道和多通道的宽带、高反射率的带阻滤波器和窄带、低损耗的带通滤波器，另外应用于增益平坦的光纤光栅滤波器得到了人们的广泛的关注.除此之外光纤光栅还用于sdh系统的色散补偿以及wdm系统的分插复用。

色散补偿

对于普通单模G.652光纤,在1550nm处色散值为正,光脉冲在其中传输时，短波长的光较长波长的光传播得快.这样经过一定距离得传输后，脉冲就被展宽了,形成光纤材料的色散。若使光栅周期大的一端在前，使长波长的光在光栅前端反射，而短波长的光在光栅末端反射，因此短波长的光比长波长的光多走了2L距离(L为光栅长度)，这样便在长、短波长光之间产生了时延差，从而形成了光栅的色散。 当光脉冲通过光栅后，短波长的光的时延比长波长的光的时延长，正好起到了色散均衡作用，从而实现了色散补偿。

光纤激光器中

光纤激光器由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成，增益光纤为产生光子的增益介质；抽运光的作用是作为外部能量使增益介质达到粒子数反转，也就是泵浦源；光学谐振腔由两个反射镜组成，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大，在光纤激光器中，构成反射镜的谐振腔一般由一对光纤光栅组成（一只高反光栅，一只低反光栅，中心波长匹配）。泵浦源的抽运光进入增益光纤后被吸收，进而使增益介质中能级粒子数发生反转，当谐振腔内的增益高于损耗时在2只光纤光栅之间便会形成激光振荡，产生激光信号输出。

Answer 2

光栅是指用特殊加工手段（如激光雕刻）对光纤进行加工后使其只能反射一段特定波长（如1392nm）的光纤，其它波长的光任然可以通过。作用主要应用在光栅传感器上，原理是：当光纤光栅周围的环境（如温度、应力）等发生变化时，通过此光栅反射的特定波长随之发生改变，仪器检测到这种改变后依据实验数据模型解调出有用的信息。
延伸阅读：参见布拉格光栅、瑞丽散射、拉曼光纤等光纤的相关知识。

Answer 3

光纤光栅是利用光纤的光敏性在紫外光照射下产生光致折射率变化，在纤芯上形成周期性的折射率分布，从而可以对入射光中相位匹配的频率产生相干反射，形成中心反射峰。根据耦合模理论，宽带光在光纤bragg光栅中传输时，会产生模式耦合，由光纤光栅的布拉格方程可知其中心波长λb可表示为[13-14]：
（1）
式中，λb为fbg的中心波长，也就是反射波的波长；λ为光栅周期；neff为纤芯的有效折射率。
希望有帮助啊

Answer 4

光纤光栅传感器的核心就是不同封装形式的布拉格光纤光栅。FBG（布拉格光纤光栅）会随着外部变化（比如应变或温度）而变化，经过此光纤光栅的反射中心波长就会随之改变，通过光纤光栅解调仪的调制，可以把这种光谱的变化转化为实际的应变或温度测量值。详细资料可以参考Smart
Fibres公司的传感器和解调仪产品

Answer 5

当布拉格光栅被写入到光纤中后，应变或温度的改变可以使光栅折射率改变，影响某一带宽内的反射波长发生变化，通过解调仪处理器的检测与转换，把光谱信息变为可视的应变或温度信息。这个作用就被制作成为光纤光栅传感器。
其主要原理就是光在光纤内的传播特性，光纤光栅就是良好的提炼了某一些特性。