光纤光栅的滤波特性分析

本文以耦合模理论为基础，研究了光纤光栅的滤波特性，导出了反射率、透射率的理论表达式，讨论了光栅参数对其滤波特性的影响。     

长周期光纤光栅应变特性的理论与实验研究

对长周期光纤光栅传输谱谐振波长的应变特性用耦合模理论进行研究,推导出谐振波长应变灵敏度的解析表达式。详细分析了影响谐振波长应变灵敏度的各种因素,并进行数值模拟,结果表明,可以通过选择具有合适纤芯与包层弹光系数匹配的特种光纤,从而制作出谐振波长对应变敏感或者不敏感的长周期光纤光栅。用高频CO2激光脉冲(20 kHz)结合三束对称写入技术在普通通信单模光纤中制作出长周期光纤光栅,并进行应变特性测试,测试结果表明,谐振波长和峰值损耗均具有线性响应的应变特性,灵敏度分别约为-0.66 nm/mε和0.69 dB/mε。基于传输谱线性响应的应变特性,长周期光纤光栅可用来制作光纤光栅应变传感器,由于峰值损耗对温度不敏感,因此在高温应变传感领域能发挥重要的应用价值。     

光子晶体光纤光栅谐振波长的特性研究

应用多极法理论和传输矩阵法,对基于包层空气孔为正六边形对称结构的光子晶体光纤的布喇格光栅特性进行了计算和仿真。对比研究了常规单模光纤所成光栅与相同光栅周期的光子晶体光纤布喇格光栅反射谱之间的差异,重点研究了光子晶体光纤的结构参数变化（间隙孔半径、层数）与光子晶体光纤光栅的谐振峰变化规律。当光子晶体光纤的间隙孔半径增大时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现蓝移;当光子晶体光纤的间隙孔径不变而层数增加时,光子晶体光纤光栅的谐振波长出现红移。     

具有倾角的光纤光栅反射特性的研究

对具有倾角的光纤光栅的反射特性进行了研究。得到了耦合系数随倾角变化的关系式。随着倾角的增大 ,耦合系数会减小 ,反射谱的中心波长会向长波长方向移动 ,而反射谱的形状不发生改变。     

一种新型光纤光栅倾角传感器的研制

光纤光栅倾角传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、化学性能稳定、传输损耗小等优点,但现有的光纤光栅倾角传感器的测量分辨率低、寿命低、体积大等缺点,限制了其在土木工程监测中的广泛应用。基于此思路,提出了一种新型的光纤光栅倾角传感器,该传感器主要由应变梁、摆锤、光纤布拉格光栅组成,两根光栅对称地贴于应变梁的两侧,由于摆锤的转动迫使应变梁发生弯曲变形,使一侧的光栅受拉,另一侧的光栅受压,这样便可以通过测量由光纤光栅反射回的光的波长变化来计算倾角的改变。实验证明此传感器不受温度影响,且具有较高的分辨率,可较好地应用于工程结构的变形检测。     

多模光纤弯曲损耗的理论分析

用速度观点，分析了多模光纤弯曲损耗的物理本质。据射线理论分析了弯曲对光纤内传播的光线及光纤数值孔径的影响，并用电磁理论导出了多模光纤弯曲损耗的数学表达式。     

变迹均匀光纤光栅的色散补偿特性及其数值分析

摘要：本文针对使用变迹均匀光纤光栅进行透射色散补偿的方案,进一步研究了耦台模理论,对其透射谱及色散进行了数值计算,并与传统的啁啾光纤光栅反射色散补偿方案作了比较。     

不同曝光条件下均匀周期布拉格光纤光栅特性

通过实验研究了在均匀周期布拉格光纤光栅制作过程中,不同曝光条件对光纤光栅反射特性和透射特性的影响。研究结果表明,光纤光栅的反射率与曝光脉冲能流密度和曝光时间成非线性关系,同时曝光条件下不同会导致短波损耗峰值变化,中心波长偏移以及光栅带宽变化。     

光纤布拉格光栅的横向效应研究

光纤布拉格光栅FBG测量应变是基于光纤轴线方向的应变响应，但在复杂应力状态下，当应变主方向与光纤轴向有一定角度时，光纤的应变响应就存在误差。采用电阻应变片横向效应系数的测量装置，得到单向应变场，验证了光栅横向应变效应的存在。光纤光栅的横向效应系数比应变片的横向效应系数要小，在某些情况下可以忽略，但是在复杂应力状态下，必须考虑其横向效应的影响。     

长周期光纤光栅解调的FBG温度传感系统

长周期光纤光栅是特定波长范围内的线性滤波器件,该文设计了长周期光纤光栅解调的布拉格光纤光栅温度传感系统。在布拉格温度传感器中,布拉格光纤光栅的反射波中心波长随温度的改变会引起一定程度的漂移,设计布拉格光纤光栅的波长变化在长周期光纤光栅的线性吸收区域,可以使长周期光纤光栅对布拉格光纤光栅的反射波长的吸收随波长而改变,随后使用光电传感器可以得到电信号与温度信号的相对应关系,从而把温度信号转换成了电信号。对该系统的测试及仿真结果证明,该系统有很好的温度检测功能。     

Temperature and humidity sensor using the multimode fiber cascaded Bragg grating

In order to design an optical fiber sensor with a simple structure which can simultaneously measure temperature and relative humidity, we use the multimode fiber cascade Bragg grating to form the basic structure of the sensor. First, a 6mm multimode fiber is connected to a Bragg grating. Then the diameter of the multimode fiber is etched to 40μm by hydrofluoric acid. Finally, a layer of carboxymethyl cellulose hydrogel is coated on the multimode fiber. The temperature and humidity response of the fabricated optical fiber sensor is tested. Experimental results show that the designed sensor has a humidity sensitivity of 69.6pm/% RH and a temperature sensitivity of 15pm/℃. The designed sensor is very sensitive to temperature and humidity, and has a good application prospect.     

光纤Bragg光栅光谱特性研究

根据耦合模理论得出光纤Bragg光栅的反射率表达式、Bragg光栅的反射特性、设计反射中心波长λD=2neffA.通过对Bragg光栅反射率表达式进行数值模拟,绘制在不同参数下反射率特性曲线和带宽特性曲线,并分析了反射率Rg,带宽△λ与光栅栅距A,栅长L和折射率微扰值(δneff)之间的关系,得到了它们之间的最佳配合,对制作优良特性的光栅具有指导意义.     

Characteristics of Smart Concrete with Fiber Optical Bragg Grating Sensor

Based on the adrantages of the fiber Bragg grating sensing technology, this paper presents a principle of a novel smart corwrete with fiber optical Bragg grating sensor, analyses the theory and characteristics,illustrates the key technology and method to make the fiber Bragg grating sensor for the smart concrete, and proves the feasibility with experiments.The results inlicate that the smart concrete with fiber Bragg grating sensors is feasible in the structure monitoring and damage diagnosing in the long run.     

基于极化电流概念对光纤布拉格光栅耦合模理论的分析

根据耦合模理论的理想近似,把光纤光栅区域的电场横向分量看作无微扰的很多理想模式的叠加,将光纤光栅的折射率的周期变化视为介电常数的微扰,在此用运极化电流概念下的模式耦合系数,对耦合模方程进行化简,进而求出反射率、布拉格反射波长的特征参数的表达式,理论计算与实验结果符合良好,从而证明理论的正确性。     

双膜片结构光纤光栅地震检波器低频特性的研究

提出了一种双膜片式的光纤光栅(FBG)地震检波器,此结构有效限制了检波器横向响应。对该检波器的纵向加速度灵敏度和幅频特性进行了理论分析,并指出了影响这种检波器纵向加速度灵敏度的因素。实验结果表明,该种检波器在5～200Hz频率范围内频响平坦,纵向加速度灵敏度为24.3pm/g,谐振峰在900Hz附近,与理论计算较好的吻合。     

A new monitoring method of cable tension of cable-stayed bridge—fiber bragg grating method

A new on-line monitoring method based on fiber Bragg grating (FBG) for cable tension of cable-stayed bridge was introduced. The major structure of sensing head using in the test of cable tension is elastic annular. The FBG is attached inflexibility to the exterior surface of annulus and form straight-through sensing head. Sensing head is installed between the anchor device and stow-board of funiculus holes of the cable-stayed bridge. Accompany with the change of the outside pressure, the Bragg center reflective wavelength of optical fiber grating changed correspondingly. According to this characteristic, through demodulating the Δλ, the value of the cable tension can be determined. The experiment results and the theory indicate that the test system has simple structure, good stability and linear, wide response capacity, and has no special request for tester. The measurement method for the test of cable tension is practical and effective. Foundation item: Project (50278058) supported by the National Natural Science Foundation of China     

光纤光栅局部受温特性分析

应用传输矩阵法建立了光纤光栅局部受温时的反射谱变化模型,并进行仿真分析。理论分析表明：当光纤光栅某段所受温度瞬态变化时,其反射谱不再保持单个谐振峰,而是产生分裂点,且分裂点波长随温度的变化呈线性、周期性移动,同时给出了分裂点波长线性、周期变化的表达式。通过实验进一步研究,实验结果和理论分析相吻合。     

光纤Bragg光栅测量汽轮机叶片频率的试验研究

利用光纤Bragg光栅（FBG）来测量汽轮机叶片的模态频率．在无约束条件下,FBG测得叶片4阶模态频率分别为1005．00、2048．00、2297．25和2786．00Hz．当叶片受约束时,FBG测得叶片3阶模态频率分别为921．50、1482．00和2454．75Hz．为分析FBG测量结果的可靠性,采用加速度传感器（AT）进行对比测量,在无约束条件下其结果分别为1005．00、2048．00、2297．00和2786．00Hz;在有约束条件下,其结果分别为917．00、1480．75和2454．25Hz．结果表明,FBG和AT对叶片模态频率的测量结果十分吻合．通过研究FBG的解调和波分复用方式,实现两个FBG对叶片进行同时测量．因此FBG可组成传感网络,进行多点测量,用于汽轮机叶栅频率的测量．通过实现进入FBG和出射的光路非接触耦合方式,FBG可用于旋转部件的测量和叶片的动频测量．     

基于结构性改变PCFG的制备工艺研究

研究了基于结构性改变的光子晶体光纤光栅的热激法制备工艺,理论分析了此种工艺的成栅原理,采用热传导理论和有限元法研究了制备过程中光子晶体光纤中的温度场分布,以及包层空气孔结构和激光参数对成栅效果的影响。研究结果表明,利用光子晶体光纤包层空气孔周期性塌缩可以形成光栅;采用两点热激法时,能够实现能量在光纤径向均匀分布,轴向近似于高斯分布;包层气孔结构加速了成栅过程,相同光斑尺寸下,光纤塌缩所需激光功率随气孔层数和气孔半径的增大而减小;最后,对包层空气孔结构为1层到7层的光子晶体光纤热激过程进行仿真,得到了空气填充率与所需激光功率的关系。此种光纤光栅从根本上克服了传统光栅热稳定性和长期稳定性不佳的问题,在光纤传感等领域具有较大的潜在应用价值。