高精度光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究

1、燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文高精度光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究姓名：李林申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：電路與系統(tǒng)指導(dǎo)教師：畢衛(wèi)紅20061201摘要摘要隨著光纖光柵制造和傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，開發(fā)質(zhì)量優(yōu)良、持久耐用、穩(wěn)定性強(qiáng)、高精度、低成本的光纖光柵式傳感系列器件，最終實(shí)現(xiàn)模塊化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)是光纖光柵式傳感器研發(fā)的方向。本文對光纖光柵傳感器的基本理論和技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要內(nèi)容包括：光纖光柵的耦合模理論分析；光纖光柵的分類和制作方法；光纖光柵的傳感機(jī)理；光纖光柵的各種波長調(diào)制及解調(diào)技術(shù)；濾波解調(diào)原理及構(gòu)成；長周期光纖光柵濾波解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；并對系統(tǒng)誤差進(jìn)行了分析討論。首先對光纖光柵傳感器的研究現(xiàn)狀和

2、發(fā)展趨勢進(jìn)行了回顧和展望。按照理想波導(dǎo)模式展開法推導(dǎo)了模式耦合方程，并用耦合模理論詳細(xì)研究了光纖布拉格光柵的反射特性與各參數(shù)之間的關(guān)系。討論了如何提高傳感光纖布拉格光柵的復(fù)用數(shù)目，理論推導(dǎo)了光纖布拉格光柵的極窄帶寬，研究了光纖布拉格光柵和長周期光柵對溫度、應(yīng)變的傳感機(jī)理，分別建立了其實(shí)現(xiàn)應(yīng)變和溫度傳感的數(shù)學(xué)模型。光纖光柵的解調(diào)技術(shù)是光纖光柵傳感器的關(guān)鍵技術(shù)，本文討論了光纖光柵傳感器的調(diào)諧技術(shù)，分析了幾種典型光纖光柵波長漂移解調(diào)方法，對各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。在光纖光柵傳感技術(shù)理論分析與研究的基礎(chǔ)上，提出長周期光纖光柵邊緣濾波解調(diào)方案，設(shè)計(jì)了其傳感實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，詳細(xì)論述了系統(tǒng)光路的具體組成，

3、介紹了光路器件的原理和特性，針對微弱光信號的檢測，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，最后進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)證明，采用長周期光纖光柵實(shí)現(xiàn)溫度的高精度傳感測量的可行性。關(guān)鍵詞光纖光柵；長周期光纖光柵；溫度傳感；微弱信號；邊緣濾波器；解調(diào)系統(tǒng)燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文，￥，：；，！，圮遠(yuǎn)，唧馓；逕；燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文高精度光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究在燕山大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。據(jù)本人所知，論文中除已注明部分外不包含他人己發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將

4、完全由本人承擔(dān)。作者簽字務(wù)爾日期：刀口年）月籮日燕山大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書高精度光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)的研究系本人在燕山大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文。本論文的研究成果歸燕山大學(xué)所有，本人如需發(fā)表將署名燕山大學(xué)為第一完成單位及相關(guān)人員。本人完全了解燕山大學(xué)關(guān)于保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門送交論文的復(fù)印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)燕山大學(xué)，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，可以公布論文的全部或部分內(nèi)容。保密口，在本學(xué)位論文屬于不保密曰。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）年解罾后適用本授權(quán)書。作者簽名：冬積導(dǎo)師簽名：日期：勱停膨月鄉(xiāng)日輝

5、衛(wèi)，日期：加戽明珀第章緒論第章緒論引言傳感器技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)是信息技術(shù)的三大支柱。當(dāng)今社會(huì)已進(jìn)入了以光纖通信技術(shù)為主要特征的信息時(shí)代，光纖光柵是一種新型的無源光子器件，可制成各種傳感器，光纖光柵傳感器技術(shù)代表了新一代傳感器的發(fā)展方向，在傳感領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。年，加拿大的等人，制成了世界上第一只被稱為“光柵”的光纖光柵【】，開創(chuàng)了光纖光柵研究與應(yīng)用的先河。此后，由于受寫入效率低等因素的影響，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，其進(jìn)展緩慢。直至年，美國的等人發(fā)明了紫外光側(cè)面寫入光敏光柵的技術(shù)【】，利用兩束干涉的紫外光從光纖的側(cè)面成功地寫入光柵。此后，世界各國對光纖光柵及其應(yīng)用的研究迅速開展起來。光纖光

6、柵的制作及光纖光敏化技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展，不斷提高和完善，光纖光柵的某些技術(shù)已達(dá)到商用化的程度。隨著光纖光柵技術(shù)的日臻成熟，基于光纖光柵的各種光學(xué)器件（如光纖激光器【】、光纖濾波器【】、光纖波分復(fù)用和解復(fù)用器【】、光纖光柵色散補(bǔ)償器等）層出不窮，被廣泛應(yīng)用于光纖通信和光纖傳感等領(lǐng)域。傳感器在當(dāng)代科技領(lǐng)域及實(shí)際應(yīng)用中占有十分重要的地位，各種類型的傳感器已廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。光纖光柵傳感器是以光纖光柵為傳感基元的新型傳感器，代表著新一代光傳感器的發(fā)展方向。但目前的光纖光柵傳感器，大多是探測波長的漂移，解調(diào)系統(tǒng)成本高，嚴(yán)重影響了光纖是傳感器的發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用。開發(fā)價(jià)格低廉，質(zhì)量優(yōu)良、持久耐用、功能

7、集成的光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)，是最終實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感器模塊化、產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；哪繕?biāo)。光纖光柵簡介光纖光柵是一種新型的無源光子器件。它是利用光纖材料的光敏性（外燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起纖芯折射率的永久性變化）在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的（透射或反射）濾波器或反射鏡。作為光子研究領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，以光纖光柵為基本傳感器件的傳感技術(shù)近年來受到普遍關(guān)注，各國研究者積極開展有關(guān)研究工作。利用光纖光柵的窄帶高反射率特性構(gòu)成光纖反饋腔，依靠摻鉺光纖等為增益介質(zhì)可制成光纖激光器【】；用光纖光柵作為激光二極管的外腔發(fā)射器，構(gòu)成外腔可調(diào)諧激光二

8、極管【】；利用閃耀型光纖光柵制作光纖平坦濾波器；利用非均勻光纖光柵制作光纖色散補(bǔ)償器等。此外，利用光纖光柵還可以制成各種傳感器和各種光纖傳感網(wǎng)【”】，用于檢測溫度、應(yīng)力、位移、壓強(qiáng)、扭角、扭矩、加速度、電流、電壓、磁場、頻率、濃度、熱膨脹系數(shù)、振動(dòng)等，近年來，光纖光柵傳感器在大型結(jié)構(gòu)（如水壩、橋梁、重要建筑和飛行器、艦艇等）【扣】、特殊場合（如礦井、油田、油罐等）以及能源化工等領(lǐng)域的安全監(jiān)測方面具有極為廣泛的應(yīng)用前景。光纖光柵傳感器的特點(diǎn)基于光纖光柵傳感器是光纖光柵作敏感器件的功能型光柵傳感器，與傳統(tǒng)的傳感器相比，光纖光柵傳感器除了具有普通傳感器的特點(diǎn)外，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。（）傳感頭結(jié)構(gòu)簡單

9、、體積小、重量輕、外形可變，適合埋入大型結(jié)構(gòu)中，可測量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等，穩(wěn)定性、重復(fù)性好。（）與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高。（）具有非傳導(dǎo)性，對被測介質(zhì)影響小，又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特點(diǎn)，適合在惡劣環(huán)境中工作。（）輕巧柔軟，可以在一根光纖中寫入多個(gè)光柵，構(gòu)成傳感陣列，與波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)分布式傳感。（）高靈敏度、高分辨率。（）測量范圍廣，可測量溫度，壓強(qiáng)、應(yīng)變、應(yīng)力、流量、流速、電流、電壓、液位、液體濃度、成分等。第章緒論光纖光柵作為光纖傳感器，雖然具有許多傳統(tǒng)傳感器不具備的優(yōu)點(diǎn)，但它也為實(shí)際的傳感系統(tǒng)帶來了兩個(gè)值得

10、研究的問題：其一，光纖光柵是以光柵的波長作為傳感媒介，通過波長漂移來感知外界物理參量的變化，欲加寬測量范圍就必須采用寬帶光源，而欲提高分辨率就必須壓窄反射帶寬（這就降低了寬光源的功率利用率），這樣就要求在光纖光柵傳感應(yīng)用系統(tǒng)中，必須采用寬帶大功率光源，才能提高系統(tǒng)的信噪比，實(shí)現(xiàn)可靠的信號檢測；其二，對外界物理參量變化的直接表現(xiàn)形式是波長漂移，所以欲提高檢測靈敏度和分辨率就必須采用高性能的單色儀或光譜儀，這樣勢必增加整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)，降低其實(shí)用性。這兩個(gè)問題在今后光纖光柵傳感應(yīng)用方面將成為重點(diǎn)。光纖光柵的分類光纖光柵是光纖導(dǎo)波介質(zhì)中物理結(jié)構(gòu)成周期性分布的一種光子器件，根據(jù)物理機(jī)制的不同，可分為蝕刻

11、光柵和折射率調(diào)制的相位光柵兩類。前者在光纖結(jié)構(gòu)中形成明顯的物理刻痕，后者主要在纖芯中形成折射率周期性分布。無論是研發(fā)還是實(shí)際工程應(yīng)用，后者均占主導(dǎo)地位。因此，通常所說的光纖光柵指的是折射率調(diào)制的位相光柵。（）均勻周期光纖布拉格光柵（特性如圖所示。：）光譜霎蓍“波長圖反射譜指光柵周期一般為姍量級，折射率調(diào)制深度一般為。巧，光柵燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文波矢方向與光纖軸線方向一致【川。這種光纖光柵具有較窄的反射帶寬和較高的反射率，其反射帶寬和反射率可以根據(jù)需要，通過改變寫入條件而加以靈活地調(diào)節(jié)。這是最早發(fā)展起來的一類光纖光柵，在光纖通信及光纖傳感領(lǐng)域應(yīng)用極其廣泛。（）長周期光纖光柵（：）柵格周期遠(yuǎn)大

12、于布拉格光柵的柵格周期，一般為幾十到幾百微米瞄，光柵波矢方向與光纖軸線方向一致。長周期光纖光柵是一種透射型光纖光柵，透射光譜如圖所示。它不是將某個(gè)波長的光反射，而是耦合到包層中損耗掉，這種光纖光柵除具有插入損耗小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)外，還是一種性能優(yōu)異的波長選擇性損耗元件。與光纖布拉格光柵相比，它對環(huán)境的變化反應(yīng)更加靈敏。目前，主要用于摻鉺光纖放大器的增益平坦和光纖傳感領(lǐng)域。丹菸捌曼艘長圖透射譜培￥（）閃耀光纖光柵在光柵制作過程中，紫外側(cè)寫光束與光纖軸向不嚴(yán)格垂直，而是有一個(gè)小角度時(shí)，形成所謂閃耀光纖光柵。與光纖布拉格光柵不同之處在于光柵波矢方向與光纖軸線方向有一定的交角。這種光纖光柵不但能引起反

13、向?qū)５鸟詈希疫€能將基模耦合到包層模中輻射掉。這種寬帶損耗特性可用于摻鉺光纖放大器的增益平坦【】。（）啁瞅光纖光柵柵格間距不等的光柵通常稱為啁啾光柵，線性啁啾光柵纖芯的折射率在整個(gè)區(qū)域內(nèi)單調(diào)、連續(xù)、準(zhǔn)周期線性變化，折射率調(diào)制深度為常數(shù)口。分段啁啾光柵的柵格周期沿纖芯軸向在分段區(qū)域內(nèi)單調(diào)、連續(xù)、準(zhǔn)周期線性變化，而折射率調(diào)制深度為常數(shù)。這兩種啁啾光纖光柵第章緒論具有的共同特點(diǎn)是：反射帶寬遠(yuǎn)大于均勻周期光柵的帶寬，可達(dá)幾十納米，主要用于色散補(bǔ)償和光纖放大器的增益平坦。（）相移光纖光柵（）這種光纖光柵可視為光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵或啁啾光纖光柵的柵格周期被占函數(shù)調(diào)制的結(jié)果，而折射率調(diào)制深度不

14、變，實(shí)際上是在某些特定的位置引入間斷點(diǎn)使光纖光柵的折射率空間產(chǎn)生不連續(xù)分布，亦即若干個(gè)周期性光柵的不連續(xù)連接結(jié)果，其中的每個(gè)間斷點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)確定的相移。其主要特點(diǎn)是：可在周期性光柵的光譜阻帶內(nèi)打開若干個(gè)透射窗口，使得光柵對某一波長或多個(gè)波長有更高的選擇度。利用相移型光纖布拉格光柵可以構(gòu)造多通道濾波器件，通過選擇合適的相移位置與相移量制作的相移型長周期光纖光柵，可用于的增益平坦，在光通信及光譜分析等領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。（）超結(jié)構(gòu)光纖光柵（）這種光纖光柵可視為布拉格或啁啾光纖光柵的柵格周期被方波函數(shù)調(diào)制的結(jié)果，而折射率調(diào)制深度不變。其反射譜具有一組分立的反射峰引。由光纖布拉格光柵調(diào)制而成的超

15、結(jié)構(gòu)光纖光柵，其反射譜的波長間隔相等，在梳狀濾波器、多波長光纖激光器及光纖傳感領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值；由啁啾光纖光柵調(diào)制而成的超結(jié)構(gòu)光纖光柵，在波分復(fù)用通信系統(tǒng)中的色散補(bǔ)償方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，用一根這種超結(jié)構(gòu)光纖光柵可實(shí)現(xiàn)多信道的同時(shí)色散補(bǔ)償。此外還有取樣光纖光柵口、光纖光柵們、匕纖光柵等。光纖光柵的寫入技術(shù)光纖光柵的折射率分布反映了光纖光柵的周期和折射率調(diào)制度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些參數(shù)決定了光纖光柵的布拉格波長、帶寬和反射特性，從而使不同的折射率調(diào)制及不同結(jié)構(gòu)的光纖光柵具有了不同的功能，形成不同的光纖光柵器件。光纖光柵的形成基于光纖的光敏性、不同類型的曝光條件，不同類型的光纖產(chǎn)生多種不同折射率分布的

16、光纖光柵。（）縱向駐波干涉法這是加拿大通信研究中心的等人首次發(fā)現(xiàn)光纖光敏性的方法。它利用注入光纖的入射光和從光纖另一端面返回的燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文反射光在光纖內(nèi)形成駐波，經(jīng)過一定曝光時(shí)間后使光纖纖芯的折射率形成周期性分布而制成光纖光柵口翔。駐波干涉法制作光纖光柵的優(yōu)點(diǎn)是裝置較簡單，缺點(diǎn)是布拉格反射波長僅由寫入光波長決定，而且寫入效率低，光柵較長。（）光束全息干涉橫向?qū)懭敕ㄟ@是年美國東哈特福德聯(lián)合技術(shù)研究中心的等人首先實(shí)現(xiàn)的。將，段摻鍺光敏裸光纖在兩束相干紫外光束交疊區(qū)域所形成的干涉場中曝光，引起纖芯折射率的周期性擾動(dòng)，從而形成光柵。與縱向駐波干涉法相比，該寫入法寫入效率有了較大提高，并且可

17、以通過改變兩干涉光束之間的夾角來調(diào)整光柵的周期，易于獲得所希望的布拉格反射波長。但這種方法也有其缺點(diǎn)：一是對光源的相干性要求較高，二是對系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。（點(diǎn)光源寫入法這種方法是利用一點(diǎn)光源，沿光纖長度方向等間距地曝光，使光纖芯的折射率形成周期性分布而制成光纖光柵（卯。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高，周期容易控制，可以制作變跡光柵；對光源的相干性沒有要求。缺點(diǎn)是由于需要亞微米間隔的精確控制，難度較大，而且受光點(diǎn)幾何尺寸限制，光柵周期不能太小，適于寫入長周期光柵。（）相位掩模法相位掩模法利用石英相位掩模板實(shí)現(xiàn)衍射光相干而形成光柵。其基本原理是利用階和一階衍射光束之間的干涉，在掩模板后面形成周期的光

18、強(qiáng)分布，從而在纖芯引起折射率調(diào)制，其周期為掩模光柵周期的一半【蚓。優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，重復(fù)性好，簡單實(shí)用。目前已成為制作光纖光柵最常用的方法。但是傳統(tǒng)的相位掩模法有兩大缺點(diǎn)：一是由于光源相干性較低，成柵時(shí)要求光柵盡量靠近掩模，因而易致掩模的損壞；二是一種掩模只能制作一種特定波長的光柵，靈活性較差。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景自年首次報(bào)道將光纖光柵用作傳感器以來，受到了世界范圍內(nèi)的廣泛重視，并且已經(jīng)在許多領(lǐng)域取得了持續(xù)和快速的發(fā)展。主要應(yīng)用領(lǐng)域涉及：民用工程結(jié)構(gòu)、航空航天業(yè)、船舶航運(yùn)業(yè)、石油化工業(yè)、電力工業(yè)、核工業(yè)、醫(yī)學(xué)等。第章緒論國外研究概況光纖光柵傳感器在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。年，在美國俄亥俄州

19、的巴特勒縣建造了一座全復(fù)合材料的橋梁【，埋入了光纖光柵應(yīng)變傳感器，通過互聯(lián)網(wǎng)有規(guī)律地監(jiān)視橋梁的荷載響應(yīng)和跟蹤連接繩索的長期性能。年，在美國新墨西哥號州際高速公路的鋼結(jié)構(gòu)橋梁上，安裝了多達(dá)個(gè)光纖光柵傳感器【】，是當(dāng)時(shí)在橋梁上使用光纖光柵傳感器最多的記錄。美國的其它民用工程結(jié)構(gòu)中對光纖光柵傳感器也有著類似的應(yīng)用，同時(shí)光纖光柵傳感器也被用于航空航天業(yè)、船舶航運(yùn)業(yè)、石油化工業(yè)和電力工業(yè)。在歐洲，光纖光柵傳感器也得到了廣泛應(yīng)用。年，瑞士的研究人員將光纖光柵傳感器埋入混凝土，對混凝土斷裂延伸帶的寬度進(jìn)行了測量。法國、德國、瑞典和英國的光學(xué)研究院都在運(yùn)用光纖光柵傳感器對航空航天設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。醫(yī)學(xué)中，光纖光柵

20、傳感器的小尺寸被研究用來對人體組織功能進(jìn)行內(nèi)部測量。巴西用光纖光柵應(yīng)變傳感器來測量呼吸過程的頻譜，新加坡用一種光纖光柵壓力傳感器來進(jìn)行外科較正。核工業(yè)中，日本將光纖光柵用于核電廠設(shè)備和管道的傳感，比利時(shí)核研究中心將光纖光柵用于機(jī)器人的執(zhí)行終端或機(jī)器手的傳感。光纖光柵傳感器在其他方面也有許多應(yīng)用，。例如埃姆斯研究中心用光纖光柵制作身份和物品的識別系統(tǒng)。總之，國外對光纖光柵傳感和分布式光纖光柵傳感技術(shù)的研究在快速發(fā)展。國內(nèi)研究概況國內(nèi)在光纖光柵傳感器方面的研究工作做的較少，主要集中在理論分析和誤差計(jì)算方面，也有少量關(guān)于系統(tǒng)和技術(shù)研究方面的報(bào)道，近兩年來，光纖光柵傳感器在學(xué)術(shù)和基礎(chǔ)研究方面已有了很大

21、進(jìn)展，但與先進(jìn)國家相比還相差甚遠(yuǎn)。清華大學(xué)廖延彪教授對光纖光柵技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了較多研究【】；武漢大學(xué)在傳感方面做了許多研究，一些技術(shù)已在工程中應(yīng)用】：重慶大學(xué)光電儀器系提出了一種基于成像光譜技術(shù)的解調(diào)方案】，該方案是將來自反射光柵的光射入工業(yè)攝像機(jī)的面陣上，經(jīng)圖像卡數(shù)字燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文化處理后，可得光纖光柵成像位置和光纖應(yīng)變的關(guān)系。這些說明光纖光柵及其應(yīng)用技術(shù)在我國還處于起步狀態(tài)，而光纖光柵分布式傳感技術(shù)的研究也處于萌芽之中。一些實(shí)用技術(shù)還不成熟，影響了光纖光柵傳感器從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用。另外，偏高的市場價(jià)格也影響了其在國內(nèi)的發(fā)展，有待從原理、原材料和制作工藝等方面入手，降低生產(chǎn)成本，

22、研制出適合中國傳感器市場的優(yōu)質(zhì)低價(jià)光纖光柵傳感器。本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)本課題為自選課題，研究工作主要分為兩部分，其一是光纖光柵的傳感原理和傳感器的解調(diào)技術(shù)；其二是光纖光柵傳感濾波檢測技術(shù)，以及長周期光纖光柵濾波的溫度傳感解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。論文結(jié)構(gòu)安排如下：第章介紹了光纖光柵的發(fā)展歷史、分類、制作、光纖光柵傳感的優(yōu)勢和國內(nèi)外發(fā)展動(dòng)向和應(yīng)用。第章介紹了光纖光柵的相關(guān)理論，根據(jù)耦合模理論分析了光纖布拉格光柵的參數(shù)與反射光譜的關(guān)系，建立了溫度和應(yīng)變的傳感模型。并且分析了長周期光纖光柵傳感解調(diào)原理。第章討論了光纖光柵傳感器的解調(diào)原理、解調(diào)方法，著重分析和歸納了幾類較為典型的濾波調(diào)制方法及其構(gòu)成形式，并對

23、長周期光纖光柵濾波解調(diào)進(jìn)行了理論性分析。第章詳細(xì)說明本課題長周期光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)器的設(shè)計(jì)，對各個(gè)部分作了較詳盡的說明，其中包括光源、光纖耦合器、長周期光纖光柵濾波器、光電轉(zhuǎn)換器、信號放大濾波、信號處理及顯示等。第章對本課題高精度光纖光柵溫度傳感解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試及數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行了誤差分析，提出了優(yōu)化方案。第章光纖光柵傳感理論第章光纖光柵傳感理論光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其作用實(shí)質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的濾波器或反射鏡。利用這一特性可構(gòu)成許多性能獨(dú)特的光纖無源器件。利用光纖光柵的窄帶高反射率特性構(gòu)成光纖反饋腔，依靠摻鉺光纖等為增益介質(zhì)即可制成光纖激光器；

24、用光纖光柵作為激光二極管的外腔反射器，可以構(gòu)成外腔可調(diào)諧激光二極管；利用光纖光柵可構(gòu)成：干涉儀型、干涉儀型和干涉儀型的光纖濾波器；利用閃耀型光纖光柵可以制成光纖平坦濾波器；利用非均勻光纖光柵可以制成光纖色散補(bǔ)償器等。此外，利用光纖光柵還可制成用于檢測應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等諸多參量的光纖傳感器和各種光纖傳感網(wǎng)。本章將對光纖光柵的傳感原理及其調(diào)制解調(diào)模型的建立作出詳盡的說明。光纖布拉格光柵的理論分析目前的光纖光柵制作技術(shù)，如全息相干法、分波面相干法及相位掩模法等。生產(chǎn)的光纖光柵大多數(shù)為均勻周期正弦型光柵。纖芯中的折射率分布如圖所示。圖均勻周期正弦型光纖光柵纖芯折射率假設(shè)光纖為理想的纖芯摻鍺階躍型光纖，

25、并且折射率沿軸向均勻分布，燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文包層為純石英，此種光纖在紫外光的照射下，纖芯的折射率會(huì)發(fā)生永久性變化，包層的折射率不受影響。若忽略光纖光柵橫截面上折射率分布的不均勻性，光柵區(qū)的折射率分布可表示為：（）以（），（），（）（）式中（）纖芯的折射率，血一為光致折射率微擾的最大值，（）為纖芯原折射率，彳為折射率變化的周期（即柵距），為光柵區(qū)的長度。下面主要研究光纖布拉格光柵的傳感理論。光纖布拉格光柵耦合模理論光纖布拉格光柵是在單模光纖中寫入的，其折射率沿縱向分布，屬于非正規(guī)光波導(dǎo)中的迅變光波導(dǎo)，其涂敷材料的折射率大于包層的折射率，因此在光纖的包層中一般不能形成傳導(dǎo)模，其耦合主要發(fā)生在

26、基模的正向傳輸導(dǎo)模與反向傳輸導(dǎo)模之間。根據(jù)耦合模理論，光纖布拉格光柵中的耦合模方程可表示為：氅盟：翻（：）（力（）墼盟：敞（）（：）（）式中模間耦合系數(shù)七孚療盯，描述折射率變化所引起的微擾，失調(diào)量盧一三盧一吳尢氣一去），刪（）和（）求解得：阻）：一（）（弦）至（聲）一卜一，主（弘）劃）矗止聲生吣艿一匕門“¨式中叫），引入光纖光柵區(qū)域的波導(dǎo)邊界條件陽：認(rèn)為在光柵堊：至堂塹壟塑生墅堡絲的起始區(qū)，前向波尚未發(fā)生與后向波的耦合，即（）；在光柵的結(jié)束區(qū)，由于折射率微擾不復(fù)存在，不可能產(chǎn)生新的后向波，即（），解為：刪業(yè)憋拱（，）善粵墼（）到扣，（）于是反射率月和透射率的表達(dá)式可表示為：拈矧；蔬高

27、扎咿彳（）而而而（瓦五）而如（）協(xié)，協(xié)）卜矧瓦而殺麗麗當(dāng)滿足相位匹配條件，即時(shí)：的耦合作用最強(qiáng)，此時(shí)得到光纖布拉格光柵的峰值反射率：（）此式即是正弦分布光柵的布拉格方程，滿足相位匹配條件時(shí)，正反向之間且。三）光纖布拉格光柵的參數(shù)分析（）由光纖布拉格光柵的峰值反射率表達(dá)式可知，光纖光柵的峰值反射率和光纖光柵的柵長工、模間耦合系數(shù)之間有著直接的關(guān)系。利用純?nèi)凼⒌膮?shù)，取光柵周期¨，對光柵的峰值反射率與光纖布拉格光柵的柵長三之間的關(guān)系進(jìn)行仿真，得到圖形。觀察圖形可以得到：隨著柵長三逐漸增加，峰值反射率逐漸變大，邊沿變得更加陡一峭，反射光譜寬度逐漸變窄。模間耦合系數(shù)后：，是與光纖布拉格”光

28、柵反射率息息相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，折射率微擾最大值，。是影響光柵的峰值反射率月的又一主要因素。取光纖布拉格光柵的長度為，得到光柵的峰值反射率與血。的關(guān)系曲線如圖所示，觀察圖得：隨著折射燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文率微擾最大值幽。逐漸變大，反射率隨之變大，且?guī)捵兇蟆D反射率與柵長之間的關(guān)系，波，圖反射率與。之間的關(guān)系“另外，光纖布拉格光柵具有反射特定波長光獨(dú)特的反射特性，圖中的四個(gè)反射波峰，從左向右分別為光纖布拉格光柵纖芯有效折射率和光柵的周期取不同值的光柵反射特性，行，“；療，肛；，；，。說明當(dāng)光纖布拉格光柵因?yàn)槭艿酵饨缫蛩氐淖饔枚沟?，產(chǎn)生變化時(shí)，相應(yīng)的反射中心波長九會(huì)發(fā)生相應(yīng)的移動(dòng)，可見哆，和對光

29、纖布拉格光柵同樣具有相當(dāng)大的影響，增大光纖布拉格光柵的纖芯有效折射率或增大光纖布拉格光柵的周期，都會(huì)使光柵的波長向長波方向漂移，這種特性也就是光第章光纖光柵傳感理論纖布拉格光柵波長的解調(diào)原理。要丹麓】波長塒圖反射率與柵長之間的關(guān)系在分布式傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用分布式光纖光柵傳感是一根光纖多點(diǎn)探測、定位系統(tǒng)，通過監(jiān)測各個(gè)探測點(diǎn)的反射波長漂移量來判斷待測量的情況。由于近年來光纖通信和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，多點(diǎn)分布測量的分布式傳感技術(shù)成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)，然而對于分布式光纖光柵傳感器，很重要的一點(diǎn)是要避免各信號間的相互串?dāng)_，由于光源的帶寬有限，分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)中傳感光柵的數(shù)目受到了極大的限制，目前報(bào)道的

30、復(fù)用的最大數(shù)目是三十幾個(gè)，可見光纖布拉格光柵的復(fù)用數(shù)目成為制約這一領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問題。有理由認(rèn)為，一方面人們在研究開發(fā)寬光譜光源；另一方面也要在提高光探測器的分辨率的同時(shí)：把重點(diǎn)放在研制具有更窄帶寬的光纖布拉格光柵上，本文理論研究的光纖布拉格光柵能很好地解決該問題，并提高分布測量的復(fù)用率。這里引入數(shù)學(xué)中的極限方法，用來分析布拉格光纖光柵在現(xiàn)有參數(shù)下的極限帶寬。不失一般性，在，。，的范圍中。由于純?nèi)凼⒌膮?shù)為定值，即療。，把其它三種參數(shù)向有利于布拉格光柵帶寬變窄的數(shù)據(jù)端取極限值，對中心波長在的光纖布拉格光柵進(jìn)行仿真分析，得到仿真圖形示。從圖形得，在反射率為時(shí)，光譜的最窄帶寬為，比當(dāng)今分布式

31、傳感系統(tǒng)中使用的燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文光纖布拉格光柵的帶寬小了一個(gè)數(shù)量級，可把分布式傳感系統(tǒng)中光纖布拉格光柵的復(fù)用數(shù)目提高至個(gè)，不但能很好地解決當(dāng)今光源帶寬較小與提高傳感光柵復(fù)用數(shù)目的矛盾，而且克服了傳感光柵之間的串?dāng)_問題。，波長瑚圖反射率與各參數(shù)取極限時(shí)的關(guān)系圖光纖布拉格光柵的傳感模型光纖光柵傳感器是通過外界參量對布拉格中心波長的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長調(diào)制型光纖傳感器。應(yīng)變傳感模型由光纖光柵的布拉格方程可知，光纖光柵的布拉格波長取決于光柵周期和反向耦合模的有效折射率療。，任何使這兩個(gè)參量發(fā)生改變的物理過程都將引起光柵布拉格波長的漂移。軸向應(yīng)力引起光纖布拉格光柵波長漂移可以由下式給予

32、描述：越盯玎應(yīng)。外界不同的應(yīng)力狀態(tài)將導(dǎo)致和徹。的不同變化。為了使問題既簡單又能最接近實(shí)際情況，提出了以下幾點(diǎn)假設(shè)。（）式中表示光纖本身在應(yīng)力作用下的彈性變形；訂。表示光纖的彈光效（）光纖光柵作為傳感元，其自身結(jié)構(gòu)僅包含纖芯和包層兩層，忽略所有外包層的影響。這一假設(shè)是有其實(shí)際意義的。從光纖光柵的制作工藝可知，要進(jìn)行紫外曝光，必須去除光纖外包層，以消除它對紫外光的吸收作用，所以直接獲得的光纖光柵本身就處于裸纖狀態(tài)；對裸纖結(jié)構(gòu)的分析更能直接地反映公式本身的傳感特性，而不至于被其他因素所干擾。（）由石英材料制成的光纖光柵在所研究的應(yīng)力范圍內(nèi)為一理想彈性體，遵循胡克定理，且內(nèi)部不存在切應(yīng)變。該假設(shè)與實(shí)際

33、情況也非常接近，只要不接近光纖本身的斷裂極限，都可認(rèn)為該假設(shè)是成立的。（）紫外光引起的光敏折射率變化在光纖橫截面上均勻分布，且這種光致折變不影響光纖自身各向同性的特性，即光纖光柵區(qū)仍滿足彈性常數(shù)多重簡并的特點(diǎn)。（）所有應(yīng)力問題均為靜應(yīng)力，不考慮應(yīng)力隨時(shí)間變化的情況?；谝陨蠋c(diǎn)假設(shè)，可建立均勻軸相應(yīng)變作用下應(yīng)力應(yīng)變傳感模型。均勻軸向應(yīng)力是指對光纖光柵進(jìn)行縱向拉伸或壓縮，此時(shí)各向應(yīng)力可表示：人佗）利用材料張量色與應(yīng)變系數(shù)，的關(guān)系，色，得：血咿一蛾甩把式（）和（）代入（）中，得到：）地忙吼吶；由材料的光彈性質(zhì)有如下關(guān)系：她峨皚！吃晶矗兄（）匕氣歷勵(lì)融“船如式中，丑。、：、民為光纖的光彈系數(shù)，且匕（

34、丑。一只：），由于切應(yīng)變?yōu)榱?，即。；氣，則應(yīng)變張量矩陣，可用軸向應(yīng)變：表示為：燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文尸【肛：】（）式中，為纖芯材料的泊松比。引入光纖的有效彈光系數(shù)巴，且：二只只一（丑）】最后得到軸向應(yīng)變引起的布拉格波長的相對變化為：，兒。（一）占：（）（）利用純?nèi)凼⒌膮?shù)，只，丑，療玎，代入式（），可得：；：（）可見恒溫條件下布拉格波長漂移與軸向應(yīng)變呈理想線性關(guān)系。光纖光柵所允許的應(yīng)變可達(dá)，即“，當(dāng)超過時(shí)，光纖即發(fā)生斷裂。溫度傳感模型與外加應(yīng)力相似，外界溫度的改變同樣也會(huì)引起光纖布拉格光柵波長的漂移。從物理本質(zhì)看，引起波長漂移的原因主要有三個(gè)方面：光纖熱膨脹效應(yīng)、光纖熱光效應(yīng)以及光纖內(nèi)部熱

35、應(yīng)力引起的彈光效應(yīng)。為了能得到光纖光柵溫度傳感器更詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，在此對所研究的光纖光柵作以下假設(shè)：（）僅研究光纖自身各種熱效應(yīng)，忽略外包層以及被測物體由于熱效應(yīng)而引發(fā)的其他物理過程。很顯然，熱效應(yīng)與材料本身密切相關(guān)，不同的外包層（如彈性塑料包層、金屬包層等）、不同的被測物體經(jīng)歷同樣的溫度變化將對光柵產(chǎn)生極為不同的影響，所以在此分離出光纖光柵自身進(jìn)行研究，而將涉及到涂敷材料及被測物體的問題留到以后進(jìn)行討論。（）僅考慮光纖的線性膨脹區(qū)，并忽略溫度對熱膨脹系數(shù)的影響。由于石英材料的軟化點(diǎn)在左右，所以在常溫范圍完全可以忽略溫度對熱膨脹系數(shù)的影響，認(rèn)為熱膨脹系數(shù)在測量范圍內(nèi)始終保持為常數(shù)。（）認(rèn)為熱光

36、效應(yīng)在我們所采用的波長范圍（）、在所研究的溫度范圍內(nèi)保持一致，也即光纖折射率溫度系數(shù)保持為常數(shù)。這一點(diǎn)已經(jīng)有文獻(xiàn)給予實(shí)驗(yàn)證實(shí)。第章光纖光柵傳感理論（）僅研究溫度均勻分布情況，忽略光纖光柵不同位置之間的溫差效應(yīng)。因?yàn)橐话愎饫w光柵的尺寸僅左右，所以認(rèn)為它處于一均勻溫場并不會(huì)引起較顯著的誤差，這樣就可以忽略由于光柵不同位置之間的溫差而產(chǎn)生的熱應(yīng)力影響?；谝陨蠋c(diǎn)假設(shè)，我們將得出光纖光柵的溫度傳感數(shù)學(xué)模型。仍從布拉格方程夠出發(fā)，當(dāng)外界溫度改變時(shí)，可得到布拉格方程的變分形式為：艤日缸夠諺從魯小吲，魯缸盯等丁寫為如下形式：式中鋤夠代表光纖光柵折射率溫度系數(shù)，用眚表示；（血諺），代表熱膨脹引起的彈光效應(yīng)；

37、鋤。代表由于熱膨脹導(dǎo)致光纖芯徑變化而產(chǎn)生的波導(dǎo)效應(yīng)；代表光纖的線性熱膨脹系數(shù)，用表示。這樣可將上式改告外警墮竺扎以咿（，）、利用上一節(jié)應(yīng)力傳感模型分析中得到的彈光效應(yīng)及波導(dǎo)效應(yīng)引起的波長漂移靈敏度系數(shù)表達(dá)式，并考慮到溫度引起的應(yīng)變狀態(tài)為：巨翻可得光纖光柵溫度靈敏度系數(shù)的完整表達(dá)式為：（）告卦（）卜，式中七。表示波導(dǎo)效應(yīng)引起的布拉格波長漂移系數(shù)，其對溫度靈敏度系數(shù)的影響極其微弱，因?yàn)榫€形熱膨脹系數(shù)較折射率溫度系數(shù)要小兩個(gè)數(shù)量級，再加上波導(dǎo)效應(yīng)本身對波長漂移的影響又較彈光效應(yīng)小很多，故在分析光纖布拉格光柵溫度靈敏度系數(shù)時(shí)可以忽略波導(dǎo)效應(yīng)產(chǎn)生的影響。當(dāng)材料確燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文定后，光纖光柵對溫

38、度的靈敏度系數(shù)基本上為一與材料系數(shù)相關(guān)的常數(shù)。對于純?nèi)凼⒐饫w，只。，置，”咿，其折射率溫度系數(shù)毒玎，線性熱膨脹系數(shù)口。，經(jīng)計(jì)算可得到光纖布拉格光柵的溫度靈敏度系數(shù)為×。長周期光纖光柵的理論分析自從年盯（等人在光纖中成功的寫入長周期光纖光柵以來，有關(guān)長周期光柵的研究工作引起了廣泛的關(guān)注，長周期光纖光柵在帶阻濾波器、寬帶摻鉺光纖放大器的增益平坦、高靈敏度傳感器等方面有著重要的應(yīng)用背景，特別是在光纖傳感方面。長周期光纖光柵的傳感模型長周期光柵是一類新型的光纖光柵，光柵周期一般大于岬，其基本的傳光原理是將前向傳輸?shù)幕ｑ詈现燎跋騻鬏數(shù)碾A包層膜中，在傳輸一段距離后被衰減掉。長周期光纖光柵具有

39、遠(yuǎn)高于光纖布拉格光柵的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、折射率和彎曲靈敏度刀等方面的傳感特性。由長周期光纖光柵的相位匹配條件：盧。一盧三÷（）式中盧。、盧寧分別為基模和和第階包層模的傳輸常數(shù)，為光柵周期，只有滿足式（），光才能從長周期光柵透射。將關(guān)系式盧刀鋤代入上式可得：九。（一玎：）（）式中、毋分別為纖芯和包層的折射率，旯，為第階包層模的透射波長。長周期光纖光柵溫度傳感特性由（）式可知，長周期光纖光柵透射波長將隨著光柵周期及纖芯和包層折射率的變化而變化，當(dāng)光纖包層模與外界環(huán)境相互作用時(shí)，被測因素的變化將對光線的傳輸特性進(jìn)行調(diào)制，從而使長周期光纖光柵的透射譜特第章光纖光柵傳感理論性發(fā)生變化，探測其透

40、射譜的變化，既可推知被測量的變化，這就是長周期光纖光柵傳感的基本原理。長周期光柵對溫度和應(yīng)力都具有較高的靈敏度，類似于光纖布拉格光柵，由應(yīng)變和溫度變化引起的長周期光纖光柵透射波長的變化可以表示為：從丘占式（）對溫度微分，可得：（）式中。、，分別為長周期光纖光柵透射波長的應(yīng)力和溫度靈敏系數(shù)。將生蚴（一形）坐（、），方程（）右邊兩項(xiàng)表示溫度對材料和波導(dǎo)傳播的影響?？梢姕囟葘饫w材料的影響主要有兩方面，一方面是熱膨脹導(dǎo)致材料尺度的變化，另一方面是熱致折射率改變。由于制作光纖的材料是石英，其膨脹系數(shù)很小，所以上式中可以認(rèn)為是零，式（）簡化為：！生：生縫二盟人（）理由上式可以看出，長周期光纖光柵的損耗中

41、心波長隨溫度變化的原因是：導(dǎo)模和包層模的熱光系數(shù)不一致造成的。當(dāng)長周期光纖光柵的纖芯和包層的熱光系數(shù)確定后，。近似為一常數(shù)，即耦合中心波長的漂移與溫度變化成近似線性關(guān)系。本章小結(jié)本章基于光纖光柵的耦合模理論，分別對光纖布拉格光柵和長周期光纖光柵的傳感理論進(jìn)行了分析，建立了理論模型，主要分析了它們的溫度和應(yīng)變傳感特性。本章的內(nèi)容是進(jìn)行光纖光柵傳感研究的理論基礎(chǔ)，對光纖光柵傳感及其解調(diào)裝置的研究有重要的意義。燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第章光纖光柵濾波解調(diào)技術(shù)研究光纖光柵傳感是將外界環(huán)境（如溫度、應(yīng)變）變化量轉(zhuǎn)化成波長漂移量，于是只利用高成本的光譜儀進(jìn)行檢測，阻礙了光纖光柵傳感技術(shù)向?qū)嵱没陌l(fā)展。為了

42、降低生產(chǎn)成本，解調(diào)技術(shù)應(yīng)用于光纖光柵傳感系統(tǒng)，將波長漂移量轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)變化量，用光電接收系統(tǒng)這種廉價(jià)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)工程上的應(yīng)用，因此解調(diào)技術(shù)是光纖光柵傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵，直接決定了傳感系統(tǒng)的性能。光纖光柵波長調(diào)諧技術(shù)作為波長選擇器件，光纖光柵被廣泛應(yīng)用于光纖通信、光纖激光器以及光纖傳感等領(lǐng)域，而光纖光柵的波長調(diào)諧技術(shù)是其應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。目前，研究和應(yīng)用的光纖光柵波長調(diào)諧技術(shù)主要有下面幾種。軸向拉伸應(yīng)變調(diào)諧等人對光纖光柵作機(jī)械拉伸娜，發(fā)現(xiàn)在附近，布拉格波長隨應(yīng)力的變化基本呈線性關(guān)系，其變化量約為，他們將這一技術(shù)應(yīng)用于光纖激光器的波長調(diào)諧，在光纖所允許的應(yīng)力變化范圍內(nèi)，利用張應(yīng)力產(chǎn)生的最大波長變化有衄左右。

43、軸向壓縮應(yīng)變調(diào)諧由于玻璃光纖的受壓能力比張力強(qiáng)倍，軸向壓縮調(diào)諧可以大大展寬光柵的波長調(diào)諧范圍。實(shí)驗(yàn)證明，在光纖可承受的壓力范圍之內(nèi)，光波長隨壓力的變化是嚴(yán)格線性的，從調(diào)諧到可得到的調(diào)諧范圍【。則將光纖布拉格光柵粘貼于特殊設(shè)計(jì)的帶有光纖夾頭的套子中，通過擠壓該裝置達(dá)到對光纖布拉格光柵的波長調(diào)節(jié)，調(diào)諧量為十幾個(gè)納米。軸向壓縮應(yīng)變調(diào)諧具有波長調(diào)諧范圍大、調(diào)諧過程線性、連續(xù)的第章光纖光柵濾波解調(diào)技術(shù)研究優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是調(diào)諧過程中，光纖光柵容易發(fā)生皺折。垂直壓力調(diào)諧垂直壓力調(diào)諧技術(shù)可在一定程度上減少對光纖光柵的損傷。等人將光纖布拉格光柵埋植于帶有金屬棒起保護(hù)作用的塑料夾具中，兩端固定后側(cè)向施壓，通過改變光柵

44、部位側(cè)向位移，實(shí)現(xiàn)對光纖布拉格光柵中心波長的調(diào)諧【。實(shí)驗(yàn)中從兩個(gè)相反的方向?qū)饫w光柵分別施力時(shí)，波長分別向長波或短波方向移動(dòng)，調(diào)諧波長分別為和。這種方法可以靈活的對光纖布拉格光柵的中心波長進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)諧波長漂移量與側(cè)向位移呈二次曲線關(guān)系。懸臂梁（簡支梁）調(diào)諧劉治國教授從材料力學(xué)的角度出發(fā)，綜合考慮了光纖光柵的線性調(diào)諧范圍，實(shí)際操作方便程度和光柵保護(hù)等因素，提出用懸臂梁（或簡支梁）對光纖光柵進(jìn)行連續(xù)線性的調(diào)諧【”，這種方法的波長線性調(diào)諧范圍接近具有很好的線性度和重復(fù)性。，磁調(diào)諧利用法拉第效應(yīng)，沿光纖布拉格光柵軸向施加磁場，引起光纖布拉格光柵中心波長的漂移。而則將光纖布拉格光柵固定在磁致伸縮棒

45、上，然后將磁致伸縮棒植于磁場中，實(shí)現(xiàn)光柵波長的磁調(diào)諧。這兩種磁調(diào)諧的波長調(diào)諧范圍比較小，因而實(shí)用價(jià)值不大。熱調(diào)諧等人分別將光纖光柵封裝于不同的金屬材料上，封裝后光纖光柵的溫度靈敏度提高了倍。等人選用具有較大熱漲系數(shù)的聚合物材料（和）作為基底，通過加熱嵌在聚合物中并與聚合物凝聚于一體的光柵，當(dāng)溫度降低時(shí)，光纖光柵由于聚合物材料的應(yīng)力作用，光柵的中心波長向短波方向移動(dòng)，封裝后光纖光柵的溫度靈敏度提高倍，燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文的溫度調(diào)諧范圍對應(yīng)的調(diào)諧量。光纖光柵傳感解調(diào)方法光纖光柵解調(diào)方法的實(shí)現(xiàn)是光纖光柵傳領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)外已經(jīng)提出了多種檢測方案，下面把比較典型的傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理進(jìn)行分析，