引用本文:

聂鹏程,余先伦,刘嘉伟. 少模光纤布喇格光栅的光谱特性研究[J]. 光通信技术,2022,46(1):16-19.

少模光纤布喇格光栅的光谱特性研究

聂鹏程,余先伦*,刘嘉伟

(重庆三峡学院 电子与信息工程学院,重庆404020)

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摘要:相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器,少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响,精度更高,但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题,基于FBG耦合模理论,利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP01模、LP11模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明:区别于传统单模FBG的单峰结构,少模FBG的反射谱具有三峰结构,光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。

关键词:光纤布喇格光栅;光栅参数;耦合模理论;反射率;中心波长

中图分类号:TN249 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)01-0016-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.01.004

0 引言
       随着光纤传感技术的发展,相较于传统的电传感器,光纤布喇格光栅(FBG)传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、长期稳定工作和对测量参数能够快速响应等优点,在建筑、化工和航天等领域得到了广泛的应用[1-4]。BANG H J等人[5]设计了一种基于FBG的阵列式传感器,能够监测塔架结构的曲率,但是由于测量结构暴露在空气中,易受到环境温度变化干扰,影响待测参量的精度。韩笑笑等人[6]设计了一种超磁致伸缩材料(GMM)结合FBG的光纤电流传感器,通过设计一个独特的十字探头实现对温度的补偿,使电流测量更加精确,但其设计结构相对复杂,对封装材料要求较高。上述FBG传感器是通过在单模光纤内刻写一段FBG制成,FBG反射谱中只有一个波峰,在测量时往往会受到温度、应力等外界无关参量的影响,传感器的测量精度不高[7-8]。而在少模光纤中刻写一段FBG制成的传感器,其模式数量不止一个,因此FBG反射谱中可以产生多个反射峰。反射峰的中心波长由纤芯中的模式决定,不同模式对外界响应程度不同,通过监测波长的变化即可知道外界环境的变化,解决了待测参量与外界无关参量之间的交叉敏感问题。相较于传统的单模FBG传感器,少模FBG传感器大大提高了灵敏度和稳定性[9-12]。 少模FBG传感器的市场应用价值巨大,但在光栅参数设计时缺少相应的理论依据,基于此,本文从FBG耦合模式理论出发,对少模FBG的光谱特性进行分析研究,为今后少模FBG传感器的实际应用提供一定理论支撑。

4 结束语
       本文从耦合模理论出发,对少模 FBG的反射谱进行仿真研究,改变各光栅参数观察FBG反射谱的变化。仿真结果表明:少模 FBG反射谱具有三峰结构,周期增加时,3个波峰的中心波长将会线性增加,向长波长方向漂移;光栅长度增加时,3个波峰的反射率都逐渐增加,但各波峰的中心波长均保持不变;调制深度增加时,3个波峰的反射率都逐渐增加且增加趋势逐渐平缓,各波峰中心波长均线性增加。因此,光栅参数的改变会对FBG反射谱产生一定规律的影响,该研究对于少模FBG的高精度刻写和实际应用提供了理论依据。