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1、光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用From: GDFT1内容内容光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用Part 1 光纤（光纤（Optical Fiber）及光通信技）及光通信技 术简介术简介Part 2 光纤光栅（光纤光栅（Optical Fiber Grating）Part 3 光纤光栅的应用光纤光栅的应用内内 容容2Part 1 光纤及光通信技术简介光纤及光通信技术简介3通信波段划分及相应传输媒介通信波段划分及相应传输媒介频率频率 Hz10110710210610310510410410510310610210710110810010910-1101010-2101110-3101210
2、-4101310-5101410-61015自由空间波长（自由空间波长（m）电力、电话电力、电话无线电、电视无线电、电视微波微波红外红外可见光可见光双铰线双铰线同轴电缆同轴电缆光纤光纤卫星卫星/微波微波AM无线电无线电FM无线电无线电频段频段划分划分传传输输介介质质电磁波谱的划分电磁波谱的划分光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用4光纤及光通信技术简介光纤及光通信技术简介光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用n n光通信光通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信用光波载运信息，实现通信n n光纤通信光纤通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信以光波载运信息
3、，用光纤作传输媒体，实现通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信以光波载运信息，用光纤作传输媒体，实现通信n n光纤通信的优点光纤通信的优点JJ频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大频带宽、信息容量大JJ传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远传输损耗低、无中继距离远JJ材料丰富材料丰富材料丰富材料丰富JJ抗电磁干扰抗电磁干扰抗电磁干扰抗电磁干扰JJ光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好光纤间串话小，保密性好JJ耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压耐腐蚀、耐高压JJ体积小、质量轻体积小、质量轻体积小、质量轻
4、体积小、质量轻5光通信的发展光通信的发展光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用光通信的发展过程光通信的发展过程雏形：古代烽火、手旗、灯光雏形：古代烽火、手旗、灯光潜望镜原理潜望镜原理光波导之雏形光波导之雏形6光纤基本理论光纤基本理论光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用菲涅耳定律：菲涅耳定律：n1sin1=n2sin2n1n2n1n221结论：若要实现全反射，则必须有结论：若要实现全反射，则必须有n1n27光纤基本理论光纤基本理论光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用max=arcsin(NA)n1n28 可见，光纤的数值孔径（可见，光纤的数值孔径（NA）仅取决于）仅取决于纤芯的折射率的大小及包层相
5、对折射率差，纤芯的折射率的大小及包层相对折射率差，而于光纤的直径无关。而于光纤的直径无关。 标准多模光纤的标准多模光纤的NA公称值一般为公称值一般为0.2，对，对应的孔径角约为应的孔径角约为11.5。 标准单模光纤的标准单模光纤的NA公称值一般为公称值一般为0.10.15，对应的孔径角约为，对应的孔径角约为5.78.6。光纤基本理论光纤基本理论光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用9光纤结构光纤结构纤纤 芯芯包包 层层涂敷层涂敷层护护 套套光纤结构光纤结构光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用单模光纤内径：单模光纤内径：9m多模光纤内径：多模光纤内径：50m外径：外径：125m尺寸规格：尺寸规格：
6、10光纤结构光纤结构光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用两种常用光纤的结构及其折射率分布两种常用光纤的结构及其折射率分布11机械手机械手 Mechanical handleCapstan 对中卡头对中卡头Three-jaw chuckModified Chemical Vapor Deposition高温炉高温炉Graphite furnace测温仪测温仪 Pyro meter分离及沉积处理分离及沉积处理Separate deposition测径仪测径仪 Fiber diameter Gauge空气净化系统空气净化系统 Clear Air System机械手机械手 Mechanical han
7、dle涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化 vioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control光固化光固化Ultravioiet Curing System对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System涂杯涂杯 Coat cup对中对中 ition center control热固化热固化Ultravioiet Curing System气相色谱气相色谱 VaporPhase chromatogrameter基基
8、 座座高温炉配配重重排排除除尾尾气气12光缆构成光缆构成光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用常用光缆的典型构成常用光缆的典型构成13国外光纤技术发展情况国外光纤技术发展情况光纤技术发展概况光纤技术发展概况光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用20世纪世纪60年代中期，所研制的最好的光纤损耗在年代中期，所研制的最好的光纤损耗在400dB以上以上1966年英国标准电信研究所高锟及年英国标准电信研究所高锟及Hockham从理论上预言光纤从理论上预言光纤损耗可降至损耗可降至20dB/km以下以下日本于日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为年研制出第一根通信用光纤损耗为100dB/km1970年康宁
9、公司（年康宁公司（Corning）采用）采用“粉末法粉末法”先后获得了损耗低先后获得了损耗低于于20dB/km和和4dB/km的低损耗石英光纤的低损耗石英光纤1974年贝尔实验室（年贝尔实验室（Bell）采用改进的化学汽相沉积法制出性能）采用改进的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品。优于康宁公司的光纤产品。到到1979年，掺锗石英光纤在年，掺锗石英光纤在1.55m处的损耗已经降到处的损耗已经降到0.2dB/km，这一数值已经十分接近由，这一数值已经十分接近由Rayleigh散射所决定的石英光纤理论散射所决定的石英光纤理论损耗极限损耗极限14光纤技术发展概况光纤技术发展概况光纤光栅技术
10、与应用光纤光栅技术与应用19631963年年年年 开始光通信的研究开始光通信的研究开始光通信的研究开始光通信的研究1977年，第一根短波长年，第一根短波长(0.85mm)阶跃型石英光纤问世，损耗阶跃型石英光纤问世，损耗 为为300dB/km1978年，阶跃光纤的衰减降至年，阶跃光纤的衰减降至5dB/km。研制出短波长多模梯。研制出短波长多模梯 度光纤，即度光纤，即G.651光纤光纤1979年，研制出多模长波长光纤，衰减为年，研制出多模长波长光纤，衰减为1dB/km。建成。建成5.7 km、8Mb/s光通信系统试验段光通信系统试验段1980年年 1300nm窗口衰减降至窗口衰减降至0.48dB/
11、km，1550nm窗口衰减窗口衰减 为为0.29dB/km。1981年多模光纤活动连接器进入实用年多模光纤活动连接器进入实用1984年年 武汉、天津武汉、天津34Mb/s市话中继光传输系统工程建成市话中继光传输系统工程建成(多多 模模)1990年，研制出年，研制出G.652标准单模光纤，最小衰减达标准单模光纤，最小衰减达0.35dB/km 1992年降至年降至0.26dB/km国内现状国内现状1519911991年，研制出年，研制出年，研制出年，研制出G.653G.653色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达色散位移光纤。最小衰减达0.22dB/km 0.22
12、dB/km 19971997年，研制出年，研制出年，研制出年，研制出G.655G.655非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤非零色散位移光纤 “ “六五六五六五六五” ”、“ “七五七五七五七五” ”、“ “八五八五八五八五” ”铺设铺设铺设铺设“ “八纵八横八纵八横八纵八横八纵八横” ”光纤线路总光纤线路总光纤线路总光纤线路总长约七万公里长约七万公里长约七万公里长约七万公里光纤技术发展概况光纤技术发展概况光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 虽虽虽虽然然然然光光光光纤纤纤纤光光光光缆缆缆缆的的的的研研研研制制制制仅仅仅仅短短短短短短短短的的的的2020多多多多年年年年，其其其其应
13、应应应用用用用却却却却已已已已相相相相当当当当普普普普遍遍遍遍。迄迄迄迄今今今今，已已已已敷敷敷敷设设设设光光光光缆缆缆缆长长长长度度度度超超超超过过过过100100万万万万kmkm，光光光光缆缆缆缆已已已已敷敷敷敷设设设设到到到到世世世世界界界界屋屋屋屋脊脊脊脊西西西西藏藏藏藏。生生生生产产产产光光光光缆缆缆缆的的的的厂厂厂厂家家家家有有有有200200多多多多家家家家，每每每每年年年年所所所所用用用用光光光光纤纤纤纤的的的的数数数数量量量量超超超超过过过过400400万万万万kmkm。在在在在实实实实际际际际网网网网络络络络中中中中，无无无无论论论论是是是是核核核核心心心心网网网网还还还还
14、是是是是接接接接入入入入网网网网，目目目目前前前前主主主主要要要要应应应应用用用用的的的的还还还还是是是是G.652G.652光光光光纤纤纤纤。在在在在核核核核心心心心网网网网中中中中新新新新建建建建线线线线路路路路已已已已开开开开始始始始采采采采用用用用G.655G.655光光光光纤纤纤纤，在在在在接接接接入入入入网网网网中中中中已已已已开开开开始始始始应应应应用用用用光光光光纤纤纤纤带带带带光光光光缆缆缆缆。我我我我国国国国光光光光通通通通信信信信领领领领域域域域已已已已掌掌掌掌握握握握了了了了光光光光纤纤纤纤、器器器器件件件件、系系系系统统统统等等等等各各各各方方方方面面面面的的的的关关
15、关关键键键键技技技技术术术术，逐逐逐逐渐渐渐渐走走走走进进进进了了了了国国国国际际际际光光光光通通通通信信信信的的的的先先先先进进进进行行行行列列列列。尤尤尤尤其其其其在在在在主主主主要要要要技技技技术术术术上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。上，都有了自己的特色和创新。 16 中国网通公司光纤通信网络网通公司光纤通信网络采用铁道部光纤连接成采用铁道部光纤连接成环，总长环，总长3400 km；江苏江苏/安徽安徽/上海上海/江西江西/浙浙江江/福建福建6省市，省市，17个节个节点，点，52个传输站；个传输站；系统容量系统容量162.5=400Gb/
16、s；应用应用IP over SDH/ WDM 技术；技术；2000年底开通运行年底开通运行上海上海石家庄石家庄北京北京天津天津济南济南合肥合肥南京南京杭州杭州福州福州广州广州长沙长沙武汉武汉郑州郑州南昌南昌深圳深圳厦门厦门国内光纤通信网示例国内光纤通信网示例光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用17光纤通信系统方框图光纤通信系统方框图单信道全光中继数字通信单信道全光中继数字通信光光-电电-光中继的数字通信光中继的数字通信光纤通信技术基础光纤通信技术基础光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用18时分复用技术时分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用时分复用时分复用TDMTime Divisio
17、n MultiplexingSignal 1Signal 1Signal 2Signal 2Signal nSignal nSignal 3Signal 3MultiplexerMultiplexerDemultiplexerDemultiplexerOptical Fiber19 Lucent公公司司研研制制的的单单波波长长速速率率320Gb/s OTDM试试验验系系统统是是目目前前单单波波长长速速率率最最高高的的系系统统。在在发发送送端端：20Gb/s电电信信号号经经光光调调制制器器输输出出光光信信号号，再再经经由由20GHz驱驱动动的的半半导导体体电电吸吸收收光光调调制制器器、再再生生器
18、器使使20Gb/s的的光光信信号号的的脉脉冲冲宽宽度度压压缩缩变变窄窄，之之后后采采用用延延迟迟插插入入和和极极化化正正交交的的光光时时分分复复用用OTDM MUX，产产生生出出320Gb/s光光信信号。号。 时分复用技术示例时分复用技术示例光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用20波分复用技术波分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用波分复用波分复用WDMWavelength Division Multiplexing n n 1 1 2 2 n n 3 3DemultiplexerDemultiplexerMultiplexerMultiplexer 1 1 2 2 3 321 Nor
19、tel和和Worldcom公公司司联联合合对对1Tb/s WDM系系统统进进行行现现场场试试验验。从从美美 国国 Dallas到到 Longview市市 。 全全 长长200公里，采用单纤双向传输。公里，采用单纤双向传输。 波分复用技术波分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用22波分复用技术波分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 密密集集波波分分复复用用(DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing)当当波波分分复复用用的的峰峰波波长长之之间间的的间间隔隔为为1.6nm，0.8nm或或更更低低时时(对对应应的的约约为为200G，10
20、0GHz或更窄的带宽或更窄的带宽)。 频频 分分 复复 用用 (FDM , Frequency Division Multiplexing)更为密集的波分复用。更为密集的波分复用。 波波分分复复用用系系统统的的主主要要缺缺点点是是由由于于WDM的的插插入入损损耗耗减减小小了了系系统统的的可可用用功功率率，信信道道间间的的串串扰扰也也会会恶恶化化接接收收机机的的灵灵敏敏度度，最最关关键键的的是是波波分分复复用器件的价格仍太高。用器件的价格仍太高。23时分时分波分复用技术波分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用时分波分复用时分波分复用Time-Frequency Division Mult
21、iplexing 1, 2 kTx 1Tx nTx 2Tx 2WDM MUXTx( 1） 1 2 kT TD DMMMMU UX X24 Lucent公公司司研研制制的的3.28Tb/s试试验验系系统统是是目目前前容容量量最最大大的的试试验验系系统统。系系统统速速率率为为40Gb/s, 共共82个个波波长长 光光滤滤波波器器波波长长间间隔隔为为100GHz，系系统统工工作作于于C 和和 L 两两个个波波段段 分分别别容容纳纳40和和42个个波波长长通通道道波波分分复复用用，后采用时分复用。后采用时分复用。时分时分波分复用技术波分复用技术光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用25Part 2 光纤
22、光栅光纤光栅26光纤光栅简介光纤光栅简介光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 光纤光栅是在光纤纤芯内介质折射率呈周期性调制的光纤光栅是在光纤纤芯内介质折射率呈周期性调制的一种光纤无源器件，它是利用掺杂（如锗、磷等）光纤的一种光纤无源器件，它是利用掺杂（如锗、磷等）光纤的光敏性，通过某种工艺方法使外界入射光子和纤芯内的掺光敏性，通过某种工艺方法使外界入射光子和纤芯内的掺杂离子相互作用导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周杂离子相互作用导致纤芯折射率沿纤轴方向周期性或非周期性的永久变化，在纤芯内形成空间相位光栅。期性的永久变化，在纤芯内形成空间相位光栅。光纤光纤折射率变化部分折射率变化部分27光纤及
23、光通信技术简介光纤及光通信技术简介光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用K. O. Hill等人实验原理示意图等人实验原理示意图光功率计光功率计氩离子激光氩离子激光(514.5nm)掺锗光掺锗光纤纤28 光纤光栅有如一道道的栅门，一个波长的光线经过光纤光栅有如一道道的栅门，一个波长的光线经过这一排栅门，就会被分解成很多道波长比较短的光线，这一排栅门，就会被分解成很多道波长比较短的光线，不能通过栅门的光线就会被打回头，由另一个仪器收集不能通过栅门的光线就会被打回头，由另一个仪器收集后交给接收者。其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带后交给接收者。其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤光器
24、或反射镜。的（透射或反射）滤光器或反射镜。 光纤光栅简介光纤光栅简介光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用输入谱输入谱传输谱传输谱反射谱反射谱应变引起应变引起波长移动波长移动III29光纤光栅简介光纤光栅简介光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 根根据据光光纤纤光光栅栅周周期期的的长长短短及及均均匀匀性性的的不不同同，光光纤纤光光栅栅可可分分为为短短周周期期光光栅栅(Bragg Grating，也也称称 光光 纤纤 反反 射射 光光 栅栅 )长长 周周 期期 光光 栅栅 (Long Period Grating，也也称称光光纤纤透透射射光光栅栅) 和和啁啁啾啾光光栅栅(Chirped Grati
25、ng，又称为非周期光栅，又称为非周期光栅) 。30 FBGFBG有有有有较较较较小小小小且且且且均均均均匀匀匀匀的的的的周周周周期期期期，一一一一般般般般约约约约为为为为0.50.51m1m，具具具具有有有有反反反反射射射射固固固固定定定定波波波波长长长长之之之之特特特特性性性性。多多多多用用用用于于于于温温温温度度度度、应应应应力力力力以以以以及及及及以以以以此此此此为为为为基基基基础础础础而而而而发发发发展展展展出出出出的的的的振振振振动动动动、流流流流量量量量、载载载载荷荷荷荷疲疲疲疲劳、结构损伤、腐蚀等方面的分布式检测系统。劳、结构损伤、腐蚀等方面的分布式检测系统。劳、结构损伤、腐蚀等
26、方面的分布式检测系统。劳、结构损伤、腐蚀等方面的分布式检测系统。光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用光纤布拉格光栅光纤布拉格光栅31tf啁啾光栅啁啾光栅啁啾光栅啁啾光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用tftp32 啁啁啾啾通通常常是是指指一一种种频频率率变变化化的的现现象象，如如果果Bragg光光纤纤光光栅栅的的周周期期或或折折射射率率沿沿长长度度方方向向发发生生一一定定变变化化，则则其其Bragg频频率率沿沿长长度度方方向向也也会会发发生生一一定定变变化化，即即发发生生了了啁啁啾啾，这这种种光光纤纤光光栅栅就就称称为为啁啁啾啾光光纤纤光光栅栅。啁啁啾啾可可以以
27、是是线线性性的的也也可可以以是是非非线线性性的的，周周期期沿沿长长度度方方向向线线性性变变化化的的光光栅栅称称为为线线性性啁啾光栅。啁啾光栅。 啁啾光栅啁啾光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用33啁啾光栅啁啾光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用色散产生原理示意图色散产生原理示意图 波波长长色色散散的的起起因因有有两两个个：1 1）折折射射率率随随波波长长呈呈非非线线性性变变化化，色色散散系系数数与与折折射射率率的的二二阶阶导导数数成成正正比比，称称为为材材料料色色散散；2 2）传传播播常常数数与与波波长长呈呈非非线线性性关关系系，色色散散系系数数与传播常数的二阶导数成正比，称为波导色散
28、。与传播常数的二阶导数成正比，称为波导色散。34啁啾光栅啁啾光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用35长周期光栅长周期光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 LPG周周期期在在100m以以上上。其其主主要要特特性性则则是是透透射射光光在在耦耦合合的的波波长长下下将将耦耦合合到到光光线线薄薄层层中中去去损损耗耗掉掉，而而不不是是被被反反射射。这这样样在在某某些些不不需需要要回回波波、甚甚至至尽尽量量避避免免回回波波的的场场合合，长长周周期期光光栅栅将将一一展展身身手手。另另外外，长长周周期期光光栅栅对对环环境境的的变变化化与与FBG相相比比更更加加敏敏感感。但但是是，在在实实际际应应用用中中
29、，长长周周期期光光栅栅还还存存在在着着一一些些局局限限性性，比比如如：它它对对弯弯曲曲过过于于敏敏感感，一一个个很很小小的的弯弯曲曲会会将将他他的的峰峰值值波波长长向向短短波波方方向向移移动动；另另外外，由由于于它它的的透透射射谱谱具具有有几几个个峰峰，且且每每个个峰峰都都有有一一定定的的带带宽宽，这这限限制制了了LPG在在准准分分布布式式传传感感系系统中的应用。统中的应用。 36Part 3 光纤光栅应用光纤光栅应用373S：Smart SkinSmart MaterialSmart Structure光纤光栅光纤光栅光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用38 分布式光纤传感器测量是运用光纤的
30、一维分布式光纤传感器测量是运用光纤的一维特性进行测量的技术，它可同时获得被测量的特性进行测量的技术，它可同时获得被测量的空间分布状态和随时间变化的信息。它可以在空间分布状态和随时间变化的信息。它可以在整个光纤上对沿光纤分布的环境参数进行连续整个光纤上对沿光纤分布的环境参数进行连续测量。在理论上，它可以把被测量作为光纤位测量。在理论上，它可以把被测量作为光纤位置长度的函数，能得到任意大小的分辨率。置长度的函数，能得到任意大小的分辨率。分布式光纤传感器分布式光纤传感器光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用分布式光纤传感系统分布式光纤传感系统391、反反射射法法：利利用用光光纤纤在在外外部部扰扰动动作
31、作用用下下产产生生的的Reyleigh 、Raman、Brillouin等等效效应应进进行测量的方法。行测量的方法。2、偏偏振振光光时时域域反反射射法法(POTDR)：利利用用后后向向散散射光的偏振态信息进行分布式测量的技术。射光的偏振态信息进行分布式测量的技术。3、波波长长扫扫描描法法(WLS)：用用白白光光照照射射保保偏偏光光栅栅，运运用用快快速速Fourier算算法法来来确确定定模模式式耦耦合合系系数数的的分布。分布。4、干干涉涉法法：利利用用各各种种形形式式的的干干涉涉仪仪或或干干涉涉装装置置把把被被测测参参量量对对干干涉涉光光路路中中光光波波的的相相位位调调制制进行解调，从而得到被测
32、参量信息的方法。进行解调，从而得到被测参量信息的方法。分布式光纤传感器分布式光纤传感器光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用40准分布式光纤光栅传感结构准分布式光纤光栅传感结构准分布式光纤光栅传感系统准分布式光纤光栅传感系统光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用宽带光源宽带光源光谱分析仪光谱分析仪411、在光敏光纤同一位置重叠写入两个具有、在光敏光纤同一位置重叠写入两个具有不同不同Bragg波长的光栅来区别温度和应变效波长的光栅来区别温度和应变效应；应；2、利用同一光纤、利用同一光纤Bragg光栅的一阶和二阶衍光栅的一阶和二阶衍射效应来区别出温度和应变效应；射效应来区别出温度和应变效应；3、采用特
33、殊封装、埋入方式的方法来消除、采用特殊封装、埋入方式的方法来消除温度应力的交叉敏感问题。温度应力的交叉敏感问题。光纤光栅温度去敏光纤光栅温度去敏光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用光纤光栅的温度去敏光纤光栅的温度去敏42光纤光栅温度去敏光纤光栅温度去敏光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用硅管硅管光纤光栅光纤光栅螺母螺母有涂敷的光纤有涂敷的光纤铝帽铝帽环氧胶环氧胶螺纹铝管螺纹铝管光纤光栅温度补偿装置结构光纤光栅温度补偿装置结构43FBG光纤光纤紫外固化胶紫外固化胶空心玻璃球空心玻璃球光纤光栅温度去敏光纤光栅温度去敏光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用采用空心玻璃球提高光纤采用空心玻璃球提高光纤光
34、栅压力灵敏度光栅压力灵敏度44准分布式光纤光栅的信号解调准分布式光纤光栅的信号解调准分布式光纤光栅传感系统寻址准分布式光纤光栅传感系统寻址光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 准准分分布布式式光光纤纤光光栅栅传传感感(光光栅栅复复用用技技术术)是是光光纤纤传传感感器器独独有有的的技技术术，能能实实现现沿沿光光纤纤铺铺设设路路径径上上分分布布场场的的测测量量，显显著著降降低低系系统统成成本本，减减少少引引线线。光光纤纤光光栅栅通通过过波波长长编编码码易易于于实实现现复复用用，这这种种复复用用光光纤纤光光栅栅传传感感器器在在大大型型结结构构(如如水水坝坝、桥桥梁梁、建建筑筑物物及及飞飞行行器器等等
35、)的的安安全全监监测测方方面面有有极极为为广阔的应用前景。广阔的应用前景。45多波长移动探测解调技术多波长移动探测解调技术1、利用光谱仪进行反射波长的扫描；、利用光谱仪进行反射波长的扫描；2、通过匹配光栅法检测光纤光栅的反射波长；、通过匹配光栅法检测光纤光栅的反射波长；3、利用、利用“可调谐法布里可调谐法布里-珀罗腔珀罗腔”方法检测光方法检测光纤光栅的反射波长；纤光栅的反射波长；4、利用线阵、利用线阵CCD来同时探测多个光纤光栅反射来同时探测多个光纤光栅反射波长的移动。波长的移动。准分布式光纤光栅传感系统寻址准分布式光纤光栅传感系统寻址光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用46光纤光栅的封装光纤
36、光栅的封装光纤光栅封装光纤光栅封装光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用 在混凝土注入的过程中，由于混凝土中所在混凝土注入的过程中，由于混凝土中所含有的大量碎石的移动可能造成所埋入光纤的含有的大量碎石的移动可能造成所埋入光纤的损伤。同时，混凝土中所含的水或羟基离子在损伤。同时，混凝土中所含的水或羟基离子在应力作用下与光纤表面进行反应会加速光纤表应力作用下与光纤表面进行反应会加速光纤表面微裂纹的生长，最后导致光纤强度的削弱。面微裂纹的生长，最后导致光纤强度的削弱。 另外，采用特定的封装方式还可对由温度另外，采用特定的封装方式还可对由温度造成的光纤光栅反射波长的漂移进行补偿。造成的光纤光栅反射波长的
37、漂移进行补偿。47 将光纤两端固定在夹具上，移动其中一个夹具使得将光纤两端固定在夹具上，移动其中一个夹具使得光纤光栅受到预应变，此时利用溅镀技术，在光纤中含光纤光栅受到预应变，此时利用溅镀技术，在光纤中含有布拉格光栅的部分镀上一层薄金属层，再利用电化学有布拉格光栅的部分镀上一层薄金属层，再利用电化学方式在薄金属层上镀一层金属（假设为铜），此层金属方式在薄金属层上镀一层金属（假设为铜），此层金属和待测结构物相同，镀上铜后，将光纤自夹具取下，光和待测结构物相同，镀上铜后，将光纤自夹具取下，光纤的预应变即会马上消失，恢复到原先的初始状态，而纤的预应变即会马上消失，恢复到原先的初始状态，而布拉格光栅的
38、预应变则被固定住，此时利用光谱分析仪布拉格光栅的预应变则被固定住，此时利用光谱分析仪所看到的光谱即为传感器未受腐蚀的光谱，当腐蚀发生所看到的光谱即为传感器未受腐蚀的光谱，当腐蚀发生时，由光栅所反射回来的光谱便会产生漂移，观察漂移时，由光栅所反射回来的光谱便会产生漂移，观察漂移量，再利用数学方法计算出腐蚀量量，再利用数学方法计算出腐蚀量 。光纤光栅腐蚀检测光纤光栅腐蚀检测光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用光纤光栅腐蚀检测光纤光栅腐蚀检测48 光纤光栅的应用几乎渗透在光纤通信系统的每个角落，光纤光栅的应用几乎渗透在光纤通信系统的每个角落，光纤光栅的应用几乎渗透在光纤通信系统的每个角落，光纤光栅的
39、应用几乎渗透在光纤通信系统的每个角落，有关专家预言：光纤光栅技术和器件将为正在蓬勃发展的有关专家预言：光纤光栅技术和器件将为正在蓬勃发展的有关专家预言：光纤光栅技术和器件将为正在蓬勃发展的有关专家预言：光纤光栅技术和器件将为正在蓬勃发展的WDMWDM技术和光纤传感技术与系统带来一场革命。技术和光纤传感技术与系统带来一场革命。技术和光纤传感技术与系统带来一场革命。技术和光纤传感技术与系统带来一场革命。 目前，光纤光栅器件研究与应用中的关键是：目前，光纤光栅器件研究与应用中的关键是：目前，光纤光栅器件研究与应用中的关键是：目前，光纤光栅器件研究与应用中的关键是：1 1、光纤光栅技术及器件的设计理论
40、及新方法；、光纤光栅技术及器件的设计理论及新方法；、光纤光栅技术及器件的设计理论及新方法；、光纤光栅技术及器件的设计理论及新方法；2 2、特殊光纤光栅结构的实现方法和技术，包括旁瓣、特殊光纤光栅结构的实现方法和技术，包括旁瓣、特殊光纤光栅结构的实现方法和技术，包括旁瓣、特殊光纤光栅结构的实现方法和技术，包括旁瓣抑制、切趾等技术；抑制、切趾等技术；抑制、切趾等技术；抑制、切趾等技术；3 3、不同光纤光栅器件的关键性能，如色散补偿器的、不同光纤光栅器件的关键性能，如色散补偿器的、不同光纤光栅器件的关键性能，如色散补偿器的、不同光纤光栅器件的关键性能，如色散补偿器的时延抖动、时延抖动、时延抖动、时延
41、抖动、WDMWDM解复用器的信道隔离度等问题的解决；解复用器的信道隔离度等问题的解决；解复用器的信道隔离度等问题的解决；解复用器的信道隔离度等问题的解决；4 4、实用型光纤光栅器件的温度补偿及封装等技术；、实用型光纤光栅器件的温度补偿及封装等技术；、实用型光纤光栅器件的温度补偿及封装等技术；、实用型光纤光栅器件的温度补偿及封装等技术； 5 5、实现容易、分辨率高且价格相对较低的准分布式、实现容易、分辨率高且价格相对较低的准分布式、实现容易、分辨率高且价格相对较低的准分布式、实现容易、分辨率高且价格相对较低的准分布式光纤光栅传感系统的寻址与解复用技术系统。光纤光栅传感系统的寻址与解复用技术系统。光纤光栅传感系统的寻址与解复用技术系统。光纤光栅传感系统的寻址与解复用技术系统。光纤光栅发展中的关键问题光纤光栅发展中的关键问题光纤光栅技术与应用光纤光栅技术与应用49Think You！The End50
