光纤光栅
光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述
光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差，直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。因此，对裸FBG 进行封装，是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。
一、光纤光栅工作原理
光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：
β1、β2是正、反向传输常数，Λ是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式：
二、光纤光栅的写入
2.1 短周期光纤光栅的写制
内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中，经过光纤另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发生相应的周期变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅。此方法是早期使用的，该方法要求
122πββ-=Λ
Λ
=n B 2λ
锗含量很高，芯径很小，并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此目前很少被采用。
全息成删法(又称外侧写入法) 1989年，Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。写制设备装置如图2.1所示。通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可以得到不同栅格周期的光纤光栅。但是要得到高反射率的光栅，则对所用光源及周围环境有较高的要求。该方法采用多脉冲曝光技术，光栅性质可以精确控制，但是容易受震动或温度的影响，目前这种方法使用也不多。
单脉冲写入法由于准分子激光具有很高的单脉冲能量，聚焦后每次脉冲可达J/cm2，近年来又发展了用单个激光脉冲在光纤上形成高反射率光栅。英国南安普敦大学的Archambanlt等人对此方法进行了研究，他们认为这一过程与二阶和双光子吸收有关。由于光栅成栅时间短，因此环境因素影响较小。此外，此法可以在光纤拉制过程中实现，避免了光纤受到额外的损伤，保证了光栅的良好强度和完整性。但是形成光栅的短波长损耗严重，且不稳定。该方法对光源的要求不高，适用于低成本、大批量生产。
相位掩膜法将用电子束曝光刻好的图形掩膜置于裸光纤上，相位掩膜具有压制零级，增强一级衍射的功能。紫外光经过掩膜相位调制后衍射到光纤上形成干涉条纹，写入周期为掩膜周期一半的Bragg光栅。这种成栅方法不依赖于入射光波长，只与相位光栅的周期有关，因此对光源的相干性要求不高，简化了光栅的制造系统。这种方法的缺点是制作掩膜复杂。用低相干光源和相位掩膜版来制
作光纤光栅的这种方法非常重要，并且相位掩膜与扫描曝光技术相结合还可以实现光栅耦合截面的控制，来制作特殊结构的光栅。该方法是目前写入光栅极有前途的一种方法。
2.2 长周期光纤光栅的写制
振幅掩膜法振幅掩膜法是目前制作长周期光纤光栅最常用的一种方法。紫外光通过掩膜后再经过一个光学系统将掩膜图像精缩并成像到光纤的芯子上从而实现光栅的写入。这种方法对紫外光的相干性没有要求，但需要复杂的光学系统支持。目前该方法较少使用。
逐点写入法此方法是利用精密机构控制光纤运动位移，每隔一个周期曝光一次，通过控制光纤移动速度可写入任意周期的光栅。这种方法在原理上具有最大的灵活性，对光栅的耦合截面可以任意进行设计制作。原则上，利用此方法可以制作出任意长度的光栅，也可以制作出极短的高反射率光纤光栅，但是需要精确的位移移动技术，而且写入光束必须聚焦到很密集的一点，需要复杂的聚焦光学系统来支持，囚此这一技术主要适用于长周期光栅的写入。目前，由于各种精密移动平台的研制，这种长周期光纤光栅写入方法正在越来越多的被采用。
2.3 啁啾光纤光栅的写制
全息法这是在外写入均匀周期光纤光栅的基础上建立起来的。在相干光的两臂中分别放置一柱面镜，这样得到的干涉条纹间距会随着柱面镜的焦距及其放置位置的改变而改变。利用这种方法得到的啁啾光栅带宽可达几十纳米。这种方法的优点是灵活性好，缺点是不易精确控制。
两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。第一次曝光在光纤上并不形成光栅，仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个啁啾光栅。这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。
光纤弯曲法这是在均匀光栅中引入光纤的机械变形，形成啁啾光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。这种方法引入的啁啾量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。除了上面提到的几种写制方法外，还有锥形光纤法、应力梯度法、复合啁啾光栅法等方法，
还可以用模板直接写入啁啾光栅，在写入过程中对光纤施加应力也可以产生啁啾光栅。
2.4 新的光纤光栅的写制方法
直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写入光纤光栅的方法。此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。目前报道的这种光纤涂覆层材料有丙烯酸醋或General Electric RTV615硅胶两种。通过加人紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤进行氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。传统的光纤光栅制作方法必须采用裸纤，制作完毕后要立即进行涂覆，而这种新方法减少了这种工艺复杂性，其有很好的应用前景。
在线成栅法这是最新出现的一种成栅方法。南安普敦大学的Ldong等人采用脉冲单点激射的方法，首次实现了光纤拉制过程中写入光纤光栅的实验。通过对干涉系统中两束干涉光夹角的调节，可在线自动写入反射波长不同的一系列光纤光栅。使用这种方法，制造工艺简单，提高了光栅性能的稳定性，对连续大批量地制造光纤光栅和在同一根光纤中写入光栅阵列有重要的应用价值。这一技术一旦成熟，将极大的推动光纤光栅技术实用化的进程。但这种方法需要对所使用的准分子激光光束截面进行改进，距离实用化还有一段距离。
微透镜阵列法这种写入长周期光纤光栅方法的关键技术是采用一种微透镜阵列，将一平行的宽束准分子激光聚焦成平行等间距的光条纹，投影到单模光纤上，相邻微透镜之间无间隙，其中心间距决定了光栅的空间周期。这种方法写入一个长周期光纤光栅仅需lOs。通过控制写入时间和写入光栅的总长度，可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。缺点是透镜模板制作非常困难。
激光写入法采用 106μm自由空间二氧化碳激光器对光纤直接曝光，通CO
2
过计算机控制平移台，实现光纤的准直、固定及曝光间距的控制，可以写入不同周期的长周期光栅。该方法无须采用紫外光，对光纤可以不用载氢处理，有很好的应用前景。
此外，还有移动平台法、光纤刻槽拉伸法、聚焦离子束((Focused Ion Beam:FIB)写入法等，各种写制方法各有有缺点，只有解决的各项关键技术，才
能加速光纤光栅技术实用化的进程。
三、光纤光栅的封装工艺
光纤光栅传感技术适合应用在很多恶劣的环境中，但由于光纤纤细柔软，容易被损坏，因此需要采用一些封装方法，保护光栅。
如果要利用光纤光栅进行传感，需要适当的封装技术，增加其敏感度，以利于检测解调。在某些情况下，我们不希望温度(或应变、压力)对布拉格波长产生影响，就要对光栅进行减敏封装，降低它对温度(或应变、压力)的灵敏度。利用光纤光栅进行传感面临的又一难题是温度、应变交叉敏感问题。温度和应变都能引起布拉格波长的漂移，从单一的波长漂移量，我们无法区分其中哪些是温度变化引起的，哪些是应变引起的。这给我们出了很大的难题。要实现光纤光栅传感器的实用化，就必须采用各种封装技术，或者剔除温度的影响，或者实现温度、应变双参数及多参数的同时测量。
在实用中对光纤光栅进行恰当的封装非常必要，封装工艺的好坏直接影响到光纤光栅传感器能否从实验室走向实用，对光纤光栅封装技术进行研究，设计更好的封装结构和工艺尤为重要。每一种封装都是为了实现一种功能，光纤光栅封装技术从功能上大致可以分为三类：保护性封装、敏化封装、补偿性封装。
3.1 保护性封装
光纤柔软、纤细、易断，直接应用于工程的恶劣环境(如混凝土的浇铸和振捣棒的振动)中，存活率低，容易被破坏，这就需要对光栅进行必要的保护性封装，对栅区、光纤接头焊点及引纤加以保护，使它能存活并正常工作。这种保护性封装一般有片式和管式两种。片式封装适合表贴在梁的表面，而管式封装适合埋入到建筑物内部。
(1) 表贴式封装
表贴式封装是用金属片做衬底，在上面刻槽，把光纤光栅放在槽里粘牢，并在外面涂上保护性胶，以起到对光栅的保护效果。理想状态下，金属片既可以对光栅起到有效的保护作用，又可以准确的传递基体被测点的应变。目前，用作衬底的金属片一般是钢片或者铝片。
片式传感器的封装过程一般是首先将衬底表面用砂纸打光，然后用脱脂棉蘸丙酮或者酒精清洗表面和预先刻制的槽道。用502胶等速干胶把光栅均匀粘贴在
槽道中，再涂上环氧树脂类胶进行保护(或者直接用环氧树脂类胶将光栅均匀粘贴在槽道中)。
(2) 管式封装
管式封装通常是把光纤光栅封装在不锈钢管中，以达到保护光栅的目的。无论片式封装还是管式封装，对光纤光栅都起到了必要的保护作用，在应变测量中实现了应变的有效传递。
3.2 敏化封装
光纤光栅的保护性封装，一般主要考虑光栅的存活率问题，要保证封装后的光纤光栅传感器能在恶劣的施工环境中存活下来，满足工程需要。这种封装往往没有考虑光纤光栅传感特性的灵敏性问题。不同应用场合对光栅的灵敏系数要求不同，对光栅封装工艺的要求也不同。在某些场合对光栅传感灵敏性的要求比较高，希望增加灵敏性(增敏)，在另外一些场合则不希望太灵敏，需要降低灵敏性(减敏)，实现这种功能的封装统称为敏化封装。
（1）增敏封装
裸光栅对温度、应变和压力等参量的灵敏度都不是很高，这往往不能满足工程实际需要。在温度增敏方面，被普遍采用的一种方法是把光栅封装在一种高热膨胀系数的基底材料中，由于普通石英光纤的热膨胀系数只有0.5 X 1 0-6/0C，金属的热膨胀系数是是它的几十倍，有机聚合物的热膨胀系数更高，因此依靠基底的带动作用，可以使封装后的光栅在相同温度变化时比裸光栅产生更大的轴向应变，从而起到增敏的效果。封装结构一般为块式，如图所示。
光纤光栅本身具有很好的温度重复性和稳定性，但封装后的光栅往往重复性和稳定性会差一些，这是由于封装结构造成的。在聚合物凝固过程中，光栅自身处于自由态，但由于聚合物内部分子间作用力的不均匀，使得光栅在里面难免会产生一些弯曲，而且弯曲方向不固定，这样，在升温的时候聚合物基底对光栅的带动作用就不固定，造成测量数据不重复，这是主要原因。另外，封装过程中，聚合
物基地内部难免会残留部分气泡，造成内部应力不均匀，也会造成测量数据不重复。在压力增敏方面，普遍采用的方法是用聚合物或胶做基底封装光纤光栅，通过受压时基底的带动作用，实现对光纤光栅压力特性的增敏。封装原件的结构示意图如图所示。
当沿光栅轴向施加压强P 时，光栅轴向的应变为
式中E 是基底和光纤光栅复合体的弹性模量，E=E f V f +E m V m ，其中E f 和E m 分别是光纤
和基底的弹性模量，V f 和V m 分别是光纤和基底在复合体中所占的体积百分数。
（2）减敏性(去敏性)封装
并不是所有的情况下都希望提高光纤光栅的传感灵敏性，有时候我们希望它对温度不灵敏(在进行应变传感时)或者对应变不灵敏(在进行温度传感时)，所谓减敏性封装，就要对光纤光栅采用适当的封装，使其对温度或者应变的灵敏度降低。减敏性封装一般有两种，一种方法是采用负温度系数材料作基底，另一种方法是在结构上对温度进行补偿，达到温度减敏的效果。
a. 负温度系数基底法
温度变化引起的光纤光栅波长变化为
如果只有温度变化，当中括号项为0时，即
光纤光栅波长的变化量也为0，此时就可以补偿温度对光栅波长漂移的影响。对于普通石英光纤，热光系数ξ≈7×10-6，热膨胀系数α=0. 5×10-6，有效弹光系数P e =0.22，则要想完全补偿掉温度的影响，最理想的基底材料的热膨胀系数为
α0=-9.1×10-6。
b. 结构补偿法
()00B e p T λλξααα?=--+??????01e e
p p ξαα+=--()
12P E
υε--=
结构补偿法通常采用一定热膨胀系数的材料对光纤光栅进行管式封装，并在封装过程中对光纤光栅施加一定的预应力，使光栅被拉伸，得到想要的波长。当温度升高时，封装结构内部发生膨胀和光纤受热膨胀的效果使光纤所受应变减小，光纤光栅的中心波长向短波方向漂，同时热光效应使光纤光栅的中心波长向长波方向漂，通过适当设计，可以使波长在两个方向上的漂移量相等，从而维持其稳定性，达到温度补偿的目的。当温度下降时，效果一样。增大预应力，可以增大温度补偿的范围，但预应力过大，光栅会产生惆啾。
3.3 补偿性封装
在很多情况下，比如大型建筑物的健康监测，我们对光纤光栅粘贴位置的应变感兴趣，温度变化带来的波长漂移会严重影响应变的测量，因此必须对光纤光栅进行恰当的封装，消除温度变化造成的影响，也就是对温度进行补偿。
目前，光纤光栅的温度补偿方法大致分为两类:一类是有源方式，即用外加电路设备控制光栅器件所在的工作环镜温度；另一类是无源方式，即以适当的结构与材料对光纤光栅进行封装，通过封装结构在原理上剔除温度对应变测量的影响，或者实现温度和应变双参数的同时测量，甚至多参数的同时测量。有源方式需要另外外接电源和温控装置，即增加了成本，也给光纤光栅传感器的安装制造了麻烦，因此很少采用。
最简单的无源温度补偿方案是在传感光纤光栅旁边再放置一支不受应力作用的参考光纤光栅，两个光栅所处的环镜温度是相同的。参考个光栅的温度特性是通过标定的，从它的波长与温度的对应关系就能直接知道环镜温度，然后根据传感光栅温度特性曲线就可以从传感光栅的波长漂移中剔除温度的影响，解调出应变。
或者采用光纤光栅波长调谐的方法，使光纤光栅啁啾化，对啁啾光纤光栅的光谱进行检测分析得到外界参量的变化。
四、几种不同结构的光纤光栅传感器封装
4.1 FBG聚合物封装
首先把HTC-1和THE-5 两种聚合物及金刚砂按一定比例混合均匀, 然后加热( 小于100℃ ) , 既保证充分混合, 减少气泡, 又有助于灌胶; 光纤光栅平直放于耐高温塑料圆管的轴线位置, 管直径为5mm 此粗细既可保证封装元件的硬
度, 又不会在实际应用中对待测处的应变产生影响, 同时又对光纤光栅起到保护作用）。聚合物灌入圆管后，将之放入温控箱内，保持温度125℃。6小时左右，去掉外层高温塑料管，光纤光栅封装物颜色由银白色变为深紫色。
把HTC- 1 和THE- 5 两种聚合物及金刚砂按一定比例混合后作为FBG 传感器的保护层, 抗压强度达到65Mpa, 封装后光纤光栅应变传感灵敏度提高3. 5 倍, 应变线性范围超过8000 微应变, 温度灵敏度系数提高7 倍左右。实验证明此种封装工艺不仅可以成功保护FBG 传感器不受混凝土浇铸过程、固化过程和混凝土碱性环境的破坏、存活率高, 而且可以更灵敏地监测钢筋混凝土梁应变变化情况。采用这种封装工艺, 具有直接埋设FBG 传感器的优点, 使FBG 传感器在施工中的布置变得直接、简单。
4.2 毛细钢管封装
图1
光纤光栅的毛细钢管封装工艺如图1所示, 即将光纤光栅用改性丙烯酸酯封装在外径1. 2mm、内径0. 9mm、长40mm的毛细钢管内, 钢质为不锈钢。封装时, 先将钢管套在附近的传输光纤上, 然后将改性丙烯酸酯直线涂在实验平板上, 高度要大于2mm, 将光纤光栅平直放入改性丙烯酸酯中间, 然后用镊子夹住毛细钢管将其推向光纤光栅, 并力图保证光纤光栅位于毛细钢管的轴线上, 而且使光栅处于管的正中部位。这样保证管内充满密实, 并减小形成气泡的可能性。然后半小时后将封装好的光纤光栅放入烘箱进一步烘干、固化。
图2
将毛细钢管封装光纤光栅放入恒温箱中, 使其贴近恒温箱的温度传感器的
传感头, 以减小因恒温箱温度控制不准带来的误差。由于室内温度高于20℃, 而恒温箱的分辨率为10℃ , 所以从30℃开始分别对封装前后的光纤光栅的温度
特性进行测量,结果如图2所示。图2中, FBG1为封装前光纤光栅波长与温度变化关系曲线; FBG2 为封装后光纤光栅波长与温度变化关系曲线; FBG3为封装后光纤光栅波长与温度重复性曲线。从温度实验得到的波长与温度变化关系曲线可以看出, 毛细钢管封装光纤光栅温度传感的线性度、重复性良好, 温度灵敏度为28. 9pm /℃ , 而裸光纤光栅温度传感的灵敏度为10. 7pm /℃。可见毛细钢管封装光纤光栅温度传感灵敏度较裸光纤光栅提高了2. 7倍。
4.3 剪刀型封装
图3
图3是封装装置的结构示意图,包括一根光纤光栅6,一根金属丝2,一个与金
属丝2一起水平移动的螺杆1,一个基座4及两个V型支架5和71两个V型支架5,7通
过中间铰链连接起来形成剪刀型结构,然后将光纤光栅6 通过环氧树脂粘合在两个V型支架5,7的左侧内侧面间1接着将金属丝2一端也通过环氧树脂粘合在一个
支架5右侧下端,另一个V型支架7的短臂上装有调节螺杆1,金属丝的另一端通过
环氧树脂粘合在螺杆1上，将V型支架5的右下端与基座4通过固定键或环氧树脂粘合,左下端自由伸缩,粘有光纤光栅6那端的基座4上开有缺口1先调节螺杆1,使光纤光栅6达到所需的波长λ
,当温度升高后,光纤芯的折射率和光纤光栅的周期
B
都将变大,因而光纤光栅的调谐波长将向长波方向移动,而金属丝2由于热膨胀系数比光纤大,其膨胀量也比光纤大,通过中间铰链连接起来的两个V型支架5,7,使
光纤光栅6所受的应力变小,从而补偿了光纤光栅的波长漂移。
图4
实验采用的FBG是由上海紫珊光电技术有限公司生产,3dB中心波长1550.105nm,3dB带宽0.159nm,反射率95%,光栅长度2mm,光谱仪为Agilent 86142B,支架5,7的材料是45号钢,图4为封装前后的布喇格波长变化对比, 封装前, 当温度从- 30℃升到80℃, 波长从1549.605nm变化到1550.761nm,平均0. 011nm/℃;封装后,波长在升温前后变化0.11nm,平均0.001nm/℃,灵敏度降低了10倍左右,达到了良好的温度补偿效应,符合光纤通信要求。但在40℃到50℃温区有一定的波动。这个封装装置可以自我调节,使Bragg波长不发生漂移,同时,也可以通过调节螺丝进行人工调谐,选择Bragg波长;通过调节螺丝,无需在光栅封装前施加一定应力以达到所要求Bragg波长,舍弃了光栅的预应力系统,给加工制作提供了很大便利。在基座加一个凹槽,使光纤自由地通过底座,使光纤光栅本身悬空设置,可保证在光纤光栅被拉伸时光纤光栅内部应力均匀, 不会产生光栅啁啾。同时,还可以在金属丝一侧增加压电陶瓷,从而增大调谐范围,
五、应用状况
5.1 民用工程结构中的应用
民用工程中的结构监测是光纤光栅传感器应用最活跃的领域。基础结构的状态，力学参数的测量对于桥梁、大坝、隧道、高层建筑和运动场馆的维护是至关重要的。通过测量建筑物的分布应变，可以预知局部荷载的状态!光纤光栅传感器既可以贴在现存结构的表面，也可以在浇筑时埋入结构中对结构进行实时测量，监视结构缺陷的形成和生长。另外，多个光纤光栅传感器可以串接成一个网络对结构进行分布式检测"传感信号可以传输很长距离送到中心监控室进行遥
测。因此在民用工程中，光纤光栅传感器成为结构监测的最重要手段。
目前用于民用工程结构监测的光纤光栅传感器已经商品化，例如，美国的Blue Road Research就生产商用的光纤光栅传感器。他们在美国海军研究实验室的资助下开发的多轴光纤光栅传感器已卖出去很多，俄勒冈哥伦比亚河谷上的horsetai falll桥上用的光纤光栅传感器就是他们生产的。他们生产的埋有横向光纤光栅传感器的承重元件可用于桥梁、隧道、公路的结构应变监测，同时可测量车速，控制交通。他们生产的灵巧垫圈埋有光纤光栅传感器，可以用来监测结构关键部位的螺丝承重情况。他们还开发了一种监测公路结冰的传感器，这种传感器做成H形导管，H形导管底部埋有横向光纤光栅应变传感器，导管空着或装有水时，车辆的压力传不到底部光纤光栅应变传感器中，如果公路结冰，车辆的压力就会传到光纤光栅传感器中，在英国，Smart Fibres Ltd将光纤光栅传感器埋进复合材料中，制成各种灵巧结构，这些结构可用于民用工程中的许多方面%新加坡的Inventive Fiber也生产用于结构监测的光纤光栅应变传感器。
5.2 航空航天业中的应用
航空航天业是一个使用传感器密集的地方，一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等，所需要使用的传感器超过100个，因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤光栅传感器只有1根光纤，敏感元件（光栅）制作在纤芯中，从尺寸小和重量轻的优点来讲，几乎没有其他传感器可以与之相比%因此航空航天业对光纤光栅传感技术非常重视，仅波音公司就注册了好几个光纤光栅传感器的技术专利。
使用先进的复合材料来制造航空航天结构（如机翼部件）是一个必然的趋势。与金属材料相比，先进的复合材料更能抗疲劳、重量更轻、强度—重量比更好、能够制作复杂的形状、而且抗腐蚀，尤其是很容易在复合材料结构的制造过程中埋入光纤光栅传感器，实现飞行器运行过程中机载传感系统的实时健康和性能监视，这可以减少飞行器重量、缩短检查时间、降低维护成本，从而改善其性能。Smart Fibres Ltd为飞机和航天器提供埋有光纤光栅传感器的复合材料灵巧结构，以利于健康和使用的监测、结构的损伤探测、设计信息的搜集、制造辅助控制、智能控制以及结构尺寸监测。
5.3 电力工业中的应用
电力工业中的设备大都处在强电磁场中，一般电类传感器无法使用。很多情况下需要测量的地方处在高压中，如高压开关的在线监测，高压变压器绕组、发电机定子等地方的温度和位移等参数的实时测量，这些地方的测量需要传感器具有很好的绝缘性能、体积要小、而且是无源器件，光纤光栅传感器是进行这些测量的最佳选择。有一些电力设备经常位于难以到达的地方，如荒山野岭、沙漠荒原中的传输电缆和中继变电站，使用分布式光纤光栅传感系统的遥测能力可以极大地减少设备维护费用。因此光纤光栅传感器在电力工业中的应用前景很好。
利用法拉第效应的光纤传感器已被用于配电工业中高电压下的大电流测量，但是由于线性双折射、温度和振动所引起的问题，限制了这一技术的应用。一种替代的方法是用常规电流转换器、压电元件和光纤光栅组成的综合系统对大电流进行间接测量，电流转换器将电流转变成电压，电压变化使压电元件形变，形变大小由光纤光栅传感器测量。另有一种改进的方法进一步改善了分辨率，此方法中光纤光栅传感器由基于光纤光栅的法-泊腔代替。
5.4 医学中的应用
传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的，光纤光栅传感器是现今能够做到最小的传感器。光纤光栅传感器能够通过最小限度的侵害方式对人体组织功能进行内部测量，提供有关温度、压力和声波场的精确局部信息。光纤光栅传感器对人体组织的损害非常之小，足以避免对正常医疗过程的干扰。
在许多医学应用中，传统的热电耦和热敏电阻温度计是不适用的。使用高频电流、微波和激光进行热疗法代替外科手术越来越受到医学界的关注，增大诊断超声系统的超声波输出并且拓宽高密度超声波的医疗应用也是一种趋势。在这些医疗实践中，强的电磁场或超声波压力场会在人体组织局部产生每厘米十几度的温度梯度，精确的测出温度分布是非常必要的。一种光纤光栅阵列温度传感器被设计用来测量超声波、温度和压力场，内部实地地研究病变组织的超声和热性质，传感器的分辨率为0.1℃精度为0.2℃测量范围为30~60℃。另一个光纤光栅温度传感系统被研制用来遥测核磁共振机中的实地温度，探头由四个光纤光栅组成，探头置于核磁共振机中的一个容器中，容器中的磁场约4.7T，用25m长的光纤连接探头和解调仪，系统的分辨率为0.1℃，精度为0.5℃，测量范围为
20~60℃。光纤光栅传感器还被研究用来进行心脏效率的测量，这种
测量基于一种定向热稀释导流管方法。在这种方法中，医生将定向热稀释导流管插入病人的右心房，并注射一种冷冻液，通过测量肺动脉血液的温度，结合脉动率就可确定心脏泵血量，这对于心脏监测是很重要的，目前用于测温的传感器是常规的热敏电阻和热点偶。
六、应用中存在的问题及解决方法
6.1 FBG传感温度与应变交叉敏感问题
温度和应变的变化都将引起FBG波长的漂移,即FBG对温度和应变同时敏感。因此在实际应用中,在对应变进行测量时,环境温度的变化将因交叉敏感严重影响应变测量的精度实验表明,当温度在-20~+60℃范围变化时,FBG光栅中心反射波长变化约1nm,严重影响了其在应变测量方面的应用。为了克服这种交叉敏感效应,人们提出了一些解决方案其中大部分方案是利用传感光栅和参考光栅相结合的办法来克服交叉敏感问题,也有采用光纤光栅F-P腔来实现温度与应变的同时测量的方案,还有其它一些方案,如利用负温度膨胀系数材料,对FBG进行温度补偿封装来解决温度漂移问题。这些方案有的需要两套光源和解调装置,增大了系统的复杂性,也增大了成本因此,解决交叉敏感问题仍是目前有待研究的问题。
6.2 FBG传感器安装布设问题
FBG质脆、体积小,因此如何有效的进行安装将直接影响它在实际中的应用。目前用FBG来监测航空航天复合材料/结构健康状态的方法主要有两种,一种是把FBG粘贴在航天器结构的表面,另一种是把FBG埋入航天器复合材料中第一种方法的关键是选择性能优良的粘结剂,以确保传感器不会从基体材料上脱落,并且要保证两者之间良好的应变传递而第二种方法的关键是尽量避免埋有FBG的航天器结构受损,并且保证其和航天器结构结合良好,同时尽量减少对航天器的性能的影响。目前的埋设工艺主要由人工完成,传感器定位准确度不高,并且容易对传感器造成损害,今后需要研发新的更加可靠的埋设技术,如FBG传感器自动埋设技术等。
6.3 FBG传感器稳定性和耐久性问题
航空航天结构的设计使用寿命一般为几十年甚至更长,所以FBG的长期稳定性和耐久性直接影响到FBG传感器在航空航天结构长期健康监测的应用影响FBG 稳定性和耐久性的因素很多,如环境温度、湿度、化学腐蚀等人们发现FBG的中心
波长、折射率、反射率会随着时间和温度的变化而变化,虽然变化量很小,但也影响到了传感器的长期稳定性。而利用预先将FBG高温退火的方法,则可以有效地减少上述的影响,大大提高了它的稳定性对于疲劳、湿度的影响,也有学者做了相应的实验,实验结果表明,经过紫外线适当照射以及适当高温退火的FBG具有良好的稳定性,在温度不超过400℃的环境下,具有良好的传感性能。光纤的主要成分是石英,在水泥的强碱性环境下容易受到腐蚀,因此必须提高光纤保护层的抗腐蚀能力以确保传感器的耐久性。Escobar等人经过5年的观察实验证明,采用高分子材料如聚四氟乙烯涂层的FBG传感器能很好的提高耐化学腐蚀的能力。今后还需进一步研究涂层的材料特性和厚度,达到既保护FBG的耐久性,又能准确地传感应变的信息。
光纤光栅技术论文
光纤光栅及其技术在电力行业上的应用 摘要：分析光纤光栅解调的基本原理和常用解调方法的工作机理、性能和特点，从光纤传感 技术的优势出发，介绍了光纤光栅传感智能结构的优点，对波长解调方法如匹配解调法、可 调谐激光器法、干涉法、滤波法等做了详细的讨论，阐述了相应的系统设计方案，并对各 种方法的优、缺点进行了分析和讨论。提出光纤光栅传感器在实际应用中所面临的主要技术 难题，分析现有的解决方案，讨论光纤光栅传感器在进一步实用化中需要解决的难题及其未 来的发展趋势。 关键词：光纤光栅，传感解调，干涉，XPM
目录 第一章光纤光栅基本原理 1.1 前言 (1) 1.2 光纤光栅定义及分类 (1) 1.2.1光纤光栅的分类 (2) 1.3光纤光栅制作方法 (6) 1.3.1光敏光纤的制备 (6) 1.3.2成栅的紫外光源 (7) 1.3.3成栅方法 (7) 第二章光纤光栅技术应用 (10) 2.1 光纤光栅传感器的工作原理 (10) 2.1.1啁啾光纤光栅传感器的工作原理 (11) 2.1.2长周期光纤光栅(LPG)传感器的工作原理 (11) 2.2.4在电力工业中的应用 (12) 2.3 光纤光栅在光通信领域的应用 (12) 2.3.1.光纤光栅滤波器中的应用 (12) 2.3.2光纤光栅在光纤通信系统中的应用 (14) 第三章光纤光栅的应用前景 (20) 3.1 光栅技术及拉曼光纤放大器发展应用 (20) 3.2 波分复用/解复用器 (20) 3.3 光纤滤波器 (21) 第四章光纤光栅结论 (21) 致谢 (22) 参考文献 (23)
第一章光纤光栅基本原理 1.1 前言 1978年，加拿大通信研究中心的K．O．Hill及其合作者首次从光纤中观察到了光子诱导光栅。Hill的早期光纤是用488nm 可见光波长的氩离子激光器，通过增加或延长注入光纤芯中的光辐照时间而在纤芯中形成了光栅。后来梅尔茨等人利用高强度紫外光源所形成的干涉条纹对光纤进行侧面横向曝光在该光纤芯中产生折射率调制或相位光栅。1989年，第一支布拉格诺波长位于通信波段的光纤光栅研制成功。1993年hill等人提出了位相掩模技术，它主要是利用紫外光透过相位掩模板后的士1级衍射光形成的干涉光对光纤曝光，使纤芯折射率产生周期性变化写入光栅，此技术使光纤光栅的制作更加简单、灵活，便于批量生产。1993年Alkins等人采用了低温高压氢扩散工艺提高光纤的光敏特性。这一技术使大批量、高质量光纤光栅的制作成为现实。这种光纤增敏工艺打破了光纤光栅制作对光纤中锗含量的依赖，使得可选择的光纤种类扩展到了普通光纤，它还大大提高了光致折变量(由10-5最大提高到了10-2)，这样可以在普通光纤上制作出高质量的光纤光栅。 1.2 光纤光栅定义及分类 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用的实质是在纤芯内形成（利用空间相位光栅的布拉格散射的波长特性）一个窄带的（投射或反射）滤光器或反射镜。光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生
光纤光栅传感器及其在土木工程中的发展应用
光纤光栅传感器及其在土木工程中的发 展应用 摘要：介绍了光纤光栅的传感技术及其封装方式，特别是采用FRP筋嵌入式封装光纤光栅传感器(OFBG)制成的FRPOFBG筋，并对光纤光栅传感器在土木工程监测中的发展应用进行综述，以期促进该技术的推广普及。 关键词：光纤光栅，嵌入式封装，土木工程监测 0、引言
新发展起来的光纤光栅传感技术可通过反射中心波长的变化测量由外界引起的温度、应力应变变化，具有线性程度高、重复性好等优点，可对结构的应力、应变高精度地进行绝对、准分布式数字测量，比较适合结构的健康监测。光纤光栅传感器除了有光纤传感器具有的质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布或者准分布式测量、使用期限内维护费用低等优点外，还具有以下一些独特优点J：如测量精度高，抗干扰能力强，可在同一根光纤上制作多个光栅实现分布式测量，测量范围大，稳定性、重复性好，非传导性材料，耐腐蚀、抗电磁干扰等特点，适合运用于恶劣环境中，避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题。 光纤光栅传感器由于自身的优点在土木工程界得到很大的应用和发展。本文先介绍光纤光栅传感技术及其封装方式，并主要阐述光纤光栅传感器在土木工程领域的一些发展应用情况。 1、光纤光栅的传感技术特点及其封装 1.1 光纤光栅的传感技术特点光纤光栅就是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构。光纤光栅传感器的基本原理为：光纤光栅可将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射。 1.2 光纤光栅的封装
1)基片式封装。将光纤光栅装在刻有小槽的基片上，通过基片将被测结构的应变传到光栅上，封装结构主要由金属薄片(或树脂薄片)、胶粘剂、护套、尾纤、传输光缆组成。基片式封装包括金属基片封装和树脂基片封装，金属基片有钢片、钛合金片等。 这种传感器结构简单，易于安装，但容易产生应变传递损耗，使得测量精度有所降低。 2)金属管式封装。管式封装应变传感器主要由封装管、光纤光栅、传输光缆、尾纤、胶粘剂组成。该封装工艺具有加工方便、产品率高、成本低廉等优点，可以满足工业化大批量生产需要。 3)夹持式封装。主要思想是在钢管封装的光纤光栅传感器的两端安装夹持构件，待测结构的应变通过夹持构件传递给光纤光栅，其标距长度可根据实际需要改变。此种传感器具有布设简单、可拆换、耐久性好、布线方便等优点，可作为桥梁、建筑等土木工程结构施工、竣工试验和运营监测的表面传感器。 4)嵌人式封装。这里特别介绍FRP-OFBG智能复合筋。FRP筋是采用连续纤维通过拉挤工艺和合成树脂基按照一定的比例胶合而成的一种纤维增强塑料筋，在其制备过程中放人光纤光栅，便可得到FRP-OFBG智能复合筋。该复合筋目前研究得比较多，它保留了FRP良好的力学等性能，又具备光纤光栅的传感特性，而且大大提高了光纤光栅的应变测量量程，是光栅传感器较好的一
光纤光栅原理及应用
光纤光栅传感器原理及应用 （武汉理工大学） 1光纤光栅传感原理 光纤光栅就是利用紫外光曝光技术，在光纤中产生折射率的周期分布，这种光纤内部折射率分布的周期性结构就是光纤光栅。光纤布喇格光栅（Fiber Bragg grating ，FBG ）在目前的应用和研究中最为广泛。光纤布喇格光栅，周期0.1微米数量级。FBG 是通过改变光纤芯区折射率，周期的折射率扰动仅会对很窄的一小段光谱产生影响，因此，如果宽带光波在光栅中传输时，入射光将在相应的波长上被反射回来，其余的透射光则不受影响，这样光纤光栅就起到了波长选择的作用，如图1。 图1 FBG 结构及其波长选择原理图 在外力作用下，光弹效应导致折射率变化，形变则使光栅常数发生变化；温度变化时，热光效应导致折射率变化，而热膨胀系数则使光栅常数发生变化。 （1）光纤光栅应变传感原理 光纤光栅反射光中心波长的变化反映了外界被测信号的变化情况，在外力作用下，光弹效应导致光纤光栅折射率变化，形变则使光栅栅格发生变化，同时弹光效应还使得介质折射率发生改变，光纤光栅波长为1300nm ，则每个με将导致1.01pm 的波长改变量。 （2）光纤光栅温度传感原理 光温度变化时，热光效应导致光纤光栅折射率变化，而热膨胀系数则使光栅栅格发生变化。光纤光栅中心波长为1300nm ，当温度变化1摄氏度时，波长改变量为9.1pm 。 反射光谱 入射光谱 投射光谱 入射光 反射光 投射光 包层 纤芯 光栅 光栅周期
2光纤光栅传感器特点 利用光敏元件或材料，将被测参量转换为相应光信号的新一代传感技术，最大特点就是一根光纤上能够刻多个光纤光栅，如图2所示。 光纤光栅传感器可测物理量： 温度、应力/应变、压力、流量、位移等。 图2 光纤光栅传感器分布式测量原理 光纤光栅的特点： ● 本质安全，抗电磁干扰 ● 一纤多点（20-30个点），动态多场：分布式、组网测量、远程监测 ● 尺寸小、重量轻； ● 寿命长: 寿命 20 年以上 3目前我校已经开展的工作（部分） 3.1 基于光纤光栅传感的旋转传动机械动态实时在线监测技术与系统 利用光纤光栅传感技术的特性，实现转子运行状态的非接触直接测量。 被测参量 宽带光源 光纤F-P 腔 测点1 测点2 测点3 测点n 波长 光 强 λ1 测点1 λ2 测点2 λ3 测点3 λn 测点n 光源波长
光纤光栅传感系统的详细介绍
光纤光栅传感系统的详细介绍 本文介绍了光纤光栅传感系统的构成，分析了光纤光栅传感系统所用的3种不同的光源LED，LD和掺铒光源的性能，阐述了光纤光栅传感器的工作原理和各种不同的温度和应力的区分测量方法，描述了滤波法、干涉法、可调窄带光源法等几种常用的信号解调技术，最后，提出适应未来的需要如何对光纤光栅传感系统的光源、光纤光栅传感器和信号解调进行优化。 自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅(FBG)的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。 本文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未来的需要对系统各部分的优化措施。 1、光纤光栅传感系统光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。 1.1 光源 光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对
光纤光栅
光纤光栅制作方法 XXX （XX大学XX学院，武汉湖北430000） 摘要：光纤光栅是一种新型的光无源器件,在光纤通信、光纤传感及光纤光学等光纤技术领域中有着广泛的应用前景,近年来成为了一个全球性的研究热点,获得了较大的发展与进步,因此了解光纤光栅制作知识和寻求光纤光栅的最佳制作方法具有重要的意义。 关键词：光无源器件；制作方法；意义；通信 中图分类号：TU375.1 文献标识码：A 文章编号： Fiber Optic Fiber Fabrication Method XXXXXXX (College of mechanical and electric engineering, XXX University, Wuhan 430000, China) Abstract: Fiber Bragg grating is a new kind of optical passive components, such as optical fiber communication, optical fiber sensing and optical fiber optical fiber technology has a broad application prospect in the field of, in recent years has become a global research hot spot, obtained greater development and progress, so fiber grating production knowledge and seeking the best method of making fiber grating of has the vital significance Key words:Optical passive components. Production method; Meaning; communication 1 全光通信的研究还处于起步阶段，许多技术难点需要克服。虽然光纤光栅不能解决全光通信中所有的技术难点，但是对光纤光栅技术和器件的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。因此对光纤光栅的研究可以促进全光通信网的早日实现。 作为一名光电信息工程的学生，我认为在光纤光栅这个器件上还有更多的东西值得挖掘，光纤光栅主要分为：均匀光纤光栅，均匀长周期光纤光栅，切趾光纤光栅，相移光纤光栅，取样光纤光栅。 光纤光栅是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，利用它可组成多种新型光电子器件，由于这些器件的优良性能使人们更加充分地利用光纤通信系统的带宽资源。但是我国在这个方面的水平与国际先进水平还有一段距离，不过只有后辈努力才能使中国在这个方向上赶上国际先进水平。更好的造福人类。 收稿日期：2015-06-xx 作者简介：XXX(19XX-), 男, 学士 XXXX000@https://www.wendangku.net/doc/3f9108390.html,；1光纤光栅制作前期处理办法 光纤光栅是利用光纤的光敏性制作,所谓光敏性是指光纤受激后产生永久性的折射率变化的特性。光栅的制作即是利用紫外光照射光敏光纤,在纤芯形成一种周期性的折射率改变,普通商用光纤光敏特性很差,饱和折射率变化一般不超过3哈10-5,因此如果不对光纤作前期的增敏处理,很难制作出高质量的光纤光栅,目前常用下面几种方案增加光纤的光敏性。 1.1高锗掺杂 提高光纤中锗的含量可以使光纤中的锗相关缺陷浓度更高从而有效地提高光纤的光敏特性,在含锗11mo%l的光纤上可获得高达1.8哈10-3的折射率变化量[3]。但高锗含量光纤不仅需要特殊制备,而且数值孔径较大,与常规光纤熔接时会因模场匹配不好而造成额外损耗。 1.2掺硼 光纤中掺硼也可以有效提高锗硅光纤的光敏特性。Dong[4]在实验中发现掺硼后的相同锗含量光纤折变幅度比不掺杂硼时增加了4倍。同时,掺硼可以减小光纤数值孔径,允许增大锗含量。
光纤光栅的理论基础研究
高等光学论文 光纤光栅的理论基础研究 光纤光栅的理论基础研究 光纤由于具有损耗低、带宽大、不受电磁干扰和对许多物理量具有敏感性等优点，已成为现代通信网络中的重要传输媒介和传感领域的重要器件。光纤传感以其灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、可弯曲、体积小、可埋入工程材料及进行分布式测量等优点受到了广泛重视。 光纤光栅是近十多年来得到迅速发展的一种光纤器件，其应用是随着写入技术的不断改进而发展起来的。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯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窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。 第一部分光纤光栅的简介 1 光纤光栅的发展 1978年，加拿大通信研究中心的Hill等发现纤芯掺锗的光纤具有光敏性，并利用驻波干涉法制成了世界上第一根光纤光栅[1]。 1989年，美国东哈特福联合技术研究中心的Meltz等利用244nm的紫外光双光束全息曝光法成功地制成了光纤光栅[2]，用两束相干光相遇时所产生的干涉条纹使光敏光纤曝光，形成折射率的周期性永久改变，从而制成光栅。这种光栅已达到实用阶段。但这种方法有其缺点：一是对光源的相干性要求较高；二是对系统的稳定性要求高。 1993年，贝尔实验室的Lemaire等用光纤载氢技术增强了光纤的光敏性[3]，这种方法适用于任何掺锗的光纤。通过光纤的载氢能够将在不增加掺锗浓度的情况下，使光纤的光敏性大大提高。1993年，又提出了制作光纤Bragg光栅的相位掩模法[4,5]，是到目前为止最为实用化的一种方法，仍被普遍采用，但这种方法的主要缺点是制作掩模版，一种掩模版只对应一种波段的光纤光栅。 1996年，出现了长周期光纤光栅[6～8]，这种光栅的周期较长，可以在数十微米到几百微米之间。光纤Bragg光栅具有选择性反射作用，是将前向传输的纤芯模耦合到后向传输的纤芯模中去，而长周期光纤光栅则是将纤芯模耦合到包层模，而包层模在传播不远后会损耗掉，从而在透射光中形成损耗峰。 2 光纤光栅的类型 根据周期的长短，通常把周期小于1μm的光纤光栅称为短周期光纤光栅，又称为光纤Bragg光栅或反射光栅，Bragg光栅的特点是传输方向相反的纤芯模式之间发生耦合，属于反射型带通滤波器；而把周期为几十至几百μm的光纤光栅称为长周期光纤光栅，又称为透射光栅，长周期光纤光栅的特点是同向传输的纤芯基模和包层模之间的耦合，无后向反射，属于透射型带阻滤波。 光纤光栅按波导类型可分为均匀光栅和非均匀光栅。均匀光纤光栅的特点是光栅的周期和折射率调制的大小均为常数，这是最常见的一种光纤光栅，其反射谱具有对称的边模振荡，但是其边模振荡较大，在通信中容易引起码间串扰，而最典型的均匀光栅为均匀光纤Bragg光栅。而非均匀周期光纤光栅的特点是光栅的周期或
基于光纤光栅技术进行尖轨密贴监测可行性研究
?8?铁路匸程技术与经济2019年1月基于光纤光栅技术进行?尖轨密贝占监测可彳亍4生研究 王洪涛程伟鹫S高俊启-姚红兴J贾强S江向阳"，郑之良5 (1.安徽省综合交通研究院股份有限公司，安徽合肥230001；2.合安高铁股份有限公司， 安徽合肥，230001；3.南京航空航天大学土木工程系，江苏南京210016； 4.安徽庐铜铁路有限公司，安徽合肥230001； 5.安徽省铁路投资有限责任公司， 安徽合肥20001) 摘要：道岔尖轨密贴间隙的变化关系到行车安全，需要定时检测和严格控制。为解决目前道岔尖轨、心轨等密贴间隙测量困难的问题，此文引入光纤光栅技术，采用光纤光栅密贴计进行道岔尖轨密贴度的检测。介绍了安装方法，并通过现场试验，分析其灵敏度和测量误差。结果表明，现场测试的灵敏度与厂家提供的灵敏度相差8.5%,相差较小；最大测量误差为0.15mm,比标准要求的0.5mm小，符合测量要求。表明使用光纤光栅密贴检测计进行密贴度测量是可行的。 关键词:道岔尖轨；光纤光栅技术；密贴计；测量 中图分类号:U270.11文献标识码：A文章编号：1007-9890(2019)01-0008-04 Feasibility Study of Switch Rail Closely Connect Monitoring Based on Fiber Bragg Grating Technology Abstract:The change of closely connect clearance of switch rail is related to traffic safety,which requires regular detection and strict control.In order to solve the problem of the closely connect clearance measurement of switch rail and frog,the closely connect gauge based on fiber bragg grating technology is used to detect the switch rail closely connect.The installation method is introduced,and its sensitivity and measure?ment error are analyzed through field test.The results show that the sensitivity of field test is8.5%dif-ferent from that provided by manufacturer,and the maximum measurement error is0.15mm,which is smaller than0.5mm required by standard.It shows that it is feasible to use closely connect gauge to measure the closely connect clearance. Key Words：Switch rail；Fiber bragg grating technology；Closely connect gauge,Measurement o引言 随着铁路和城市轨道交通建设的发展，对运输的安全要求越来越高。受环境温度变化的影响和列车通过道岔时的冲击作用，道岔尖轨静态位置和动态时的位移量,特别是“密贴”间隙的变化关系到行车安全，需要定时检测和严格控制。 根据目前对这方面的研究状况，道岔尖轨、心轨等密贴间隙测量困难，精度较差，为解决这一问题,本文在检测密贴间隙试验中引入光纤光栅技术，采用光纤光栅密贴计进行密贴度数据测量。李维来等人⑵采用光纤光栅传感技术对钢轨进行了检测，得出的监测结果与手测值以及理论计算值相吻合,证明了光纤光栅技术在轨道领域应用的可行性。徐玉胜⑶通过光纤传感技术对广深港客运专线莲花湖桥隧试验段进行了监测，得出的光栅传感器监测精度高，可对钢轨进行实时动态监测,能够及时监测到这些参数的微小变化。张政⑷采用光纤光栅传感技术对轨道结构服役状态进行了实时在线监测，总结了已实施的光纤光栅传感监测项目经验,对实施过程中存在的问题给出了相应改进措施。以上几位学者所研究的都是光纤光栅技术在轨道领域的应用实例，证明了光纤光栅技术在轨道领域应用的优越性,但并没有将光
光纤振动传感技术综述
光纤振动传感技术综述 摘要：随着设备朝着大型化、高速化的发展，振动引起的问题更为突出，需要 解决的问题更为迫切，也对振动测试与振动分析技术的研究提出了越来越高的要求。用光纤振动传感器取代常规的振动传感器，尤其是在一些具有强电磁干扰等 环境恶劣的特殊场合，己成为发展的趋势，不同类型、不同原理的光纤振动传感 技术对于振动检测领域的发展有着非常重要的现实意义。本文对光纤振动传感技 术的全球专利申请脉络进行了详细梳理，并通过专利数据统计分析，认识了光纤 振动传感技术的专利申请状况、研究热点以及核心技术的发展，为光纤振动传感 技术的后续审查工作打下了坚实的基础。 关键词：光纤；光栅；振动；传感；解调；分布式 一、引言 振动问题是近代物理学和科学技术众多领域中的重要课题。目前比较成熟的 振动加速度传感器主要为动圈式、压电式、涡流式和微机电系统等电类传感器， 上述类型的传感器都存在易受电磁干扰的问题，应用受到一定的限制。由于光纤 不仅可以作为光波的传输介质，而且光波在光纤中传播的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）会因外界因素（如温度、压力、磁场等）的作用而发生变化。 用光纤振动传感器取代常规的振动传感器，尤其是在一些具有强电磁干扰等环境 恶劣的特殊场合，己成为发展的趋势。本文旨在通过梳理光纤振动传感技术的全 球专利申请，通过专利数据统计分析，认识了解光纤振动传感技术的专利申请状况、研究热点以及核心技术的发展，为光纤振动传感技术的审查工作打下一定的 基础。 二、专利分析 本文在中国专利文摘数据库（CNABS）和世界专利文摘库（SIPOABS）中，筛 选从1969年6月25日至2017年12月22日申请的国内外专利申请。将从以下 三个方面对光纤振动传感技术的专利进行分析： （1）专利申请发展趋势状况分析 全球范围内关于光纤振动传感技术的专利申请共计1268项，其中向中国专利局提交的国内申请为857项。图1示出了光纤振动传感技术的全球、国内和国外 的专利申请量的发展趋势，从图中可以清楚地看到：光纤传感技术发展中经历了 主要三个阶段，即：1980年以前，光纤传感技术的研究主要停留在理论阶段，以强度调制型光纤传感器的研究为主；从1980年后，开始大规模研究光纤传感技术，出现了大量不同的光纤传感原理和光纤检测技术；进入2000后，各种技术 和器件的研究已基本成熟，光纤传感器开始进入了商业化的进程，光纤传感进入 实用阶段。 图1.专利申请量的发展趋势 对于国外申请而言，尽管他们对于光纤振动传感技术的研究起步很早，但是 总体来看其发展一直呈现较为平稳状态，起伏不大；对于国内申请而言，呈现出 的趋势与国外申请有很大的不同，尽管国内的第一件申请出现的时间较晚，但是 后期发展势头尤为迅猛。 （2）专利申请地域分布状况分析 图2示出了光纤振动传感技术专利申请的国别/地区分布情况，显而易见，中 国是该领域最大的申请来源国；日本是该领域的第二大申请来源国，剩余的部分
光纤光栅发展现状
光纤光栅的发展状况 自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。 本文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未来的需要对系统各部分的优化措施。 1、光纤光栅传感系统 光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。 1.1 光源 光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对波长编码，光源必须有较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满足分布式传感系统中多点多参量测量的需要。光纤光栅传感系统常用的光源的有LED，LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀土离子的光源。LED光源有较宽的带宽，可达到几十个纳米，有较高的可靠性，但光源的输出功率较低，且很难与单模光纤耦合。LD光源具有单色性好、相干性强、功率高的特点。但LD光谱的稳定性差（4×10-4／℃）。因此，这2种光源自身的缺点制约了它们在光传感中的应用。掺杂不同种类、不同浓度的稀土离子的光源研究最广泛的是掺铒光源。
光纤传感器的综述
现代传感器论文 题目：光纤传感器综述 姓名：张艳婷 学院：物理与机电工程学院 系：机电系 专业：精密仪器与机械 年级：2013级 学号：19920131152905 指导教师：吴德会老师 2014 年2月18日
光纤传感器综述 [摘要] 光纤传感器是一种有广泛应用前景的新型传感器。本文对光纤传感器的原理、特点、分类和发展历程进行了详细综述，介绍了光纤温度传感器、光纤陀螺仪这两种典型光纤传感器的应用，指出了这类光纤传感器在应用过程中存在的问题，并提出光纤传感器今后的发展趋势, 为光纤传感器的深入研究提供了有益参考。 [关键词]：光纤传感器原理特点发展历程发展趋势 一、引言 传感器在当代科技领域及实际应用中占有十分重要的地位，各种类型的传感器早已广泛应用于各个学科领域。近年来，传感器朝着灵敏、精巧、适应性强、智能化和网络化方向发展。光纤传感技术是20世纪70年代末新兴的一项技术［1］，在全世界成了研究热门，已与光纤通信并驾齐驱。光纤传感器作为传感器家族的一名新成员，由于其优越的性能而备受青睐，其具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、防腐蚀、灵敏度高、测量带宽、检测电子设备与传感器可以间隔很远等优点，优良的性能使得光纤传感器具有广泛的应用前景。本文从光纤传感器的基本原理及特点、光纤传感器的发展历程、光纤传感器的分类及应用原理、光纤传感器的应用及存在问题以及光纤传感器的发展趋势五大方面对光纤传感器进行介绍。 二、光纤传感器的基本原理及特点 光纤( Optical Fiber) 是光导纤维的简称，光纤的主要成份为二氧化硅，由折射较高的纤芯、折射率较低的包层及保护层组成。纤芯为直径大约0.1 mm 左右的细玻璃丝，把光封闭在其中并沿轴向进行传播的导波结构。光纤传感器的发现起源于探测光纤外部扰动的实践，在实践中，人们发现当光纤受到外界环境的变化时，会引起光纤内部传输光波参数的变化，而这些变化与外界因素成一定规律，由此发展出光纤传感技术。
光纤光栅传感系统的现状及发展趋势
光纤光栅传感系统的现状及发展趋势 自1978年，加拿大的Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光敏现象并采用驻波法制造出世界上第一根光纤光栅和1989年美国的Melt等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术以来，光纤光栅的制造技术不断完善，人们对光纤光栅在光传感方面的研究变得更为广泛和深入。光纤光栅传感器具有一般传感器抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低，适于在高温、腐蚀性等环境中使用的优点外，还具有本征自相干能力强和在一根光纤上利用复用技术实现多点复用、多参量分布式区分测量的独特优势。故光纤光栅传感器已成为当前传感器的研究热点。由光源、光纤光栅传感器和信号解调系统为主构成的光纤光栅系统如何能够在降低成本、提高测量精度、满足实时测量等方面的前提下，使各部分达到最优匹配，满足光纤光栅传感系统在现代化各个领域实用化的需要也是研究人员重点考虑的问题。 本文对光纤光栅传感系统进行了介绍，对光纤光栅系统的宽带光源进行了说明，重点分析了光纤光栅传感器的传感原理及如何区分测量技术，对信号常用的信号解调方法进行了总结，最后，提出为适应未来的需要对系统各部分的优化措施。 1 光纤光栅传感系统 光纤光栅传感系统主要由宽带光源、光纤光栅传感器、信号解调等组成。宽带光源为系统提供光能量，光纤光栅传感器利用光源的光波感应外界被测量的信息，外界被测量的信息通过信号解调系统实时地反映出来。 1．1 光源 光源性能的好坏决定着整个系统所送光信号的好坏。在光纤光栅传感中，由于传感量是对波长编码，光源必须有较宽的带宽和较强的输出功率与稳定性，以满足分布式传感系统中多点多参量测量的需要。光纤光栅传感系统常用的光源的有LED，LD和掺杂不同浓度、不同种类的稀土离子的光源。LED光源有较宽的带宽，可达到几十个纳米，有较高的可靠性，但光源的输出功率较低，且很难与单模光纤耦合。LD光源具有单色性好、相干性强、功率高的特点。但LD光谱的稳定性差（4×10-4／℃）。因此，这2种光源自身的缺点制约了它们在光传感中的应用。掺杂不同种类、不同浓度的稀土离子的光源研究最广泛的是掺铒光源。现在C波段掺铒光源已经研制成功并使用，随着光通信中对通信容量和速度的要
光纤光栅技术论文
光纤光栅及其技术应用研究 摘要：分析光纤光栅解调的基本原理和常用解调方法的工作机理、性能和特点，从光纤传感 技术的优势出发，介绍了光纤光栅传感智能结构的优点，对波长解调方法如匹配解调法、可 调谐激光器法、干涉法、滤波法等做了详细的讨论，阐述了相应的系统设计方案，并对各 种方法的优、缺点进行了分析和讨论。提出光纤光栅传感器在实际应用中所面临的主要技术 难题，分析现有的解决方案，讨论光纤光栅传感器在进一步实用化中需要解决的难题及其未 来的发展趋势。 关键词：光纤光栅，传感解调，干涉，XPM Fiber Grating and Its Application Research Abstract: analysis of the basic principle of fiber grating demodulation method and the common demodulation of the working mechanism, performance and characteristics,From the optical fiber sensing Technology, introduces the advantages of optical fiber grating sensors the advantages of intelligent structure,For wavelength demodulation methods such as matching demodulation method, the tunable laser method, interfering method, filtering method to do a detailed discussion,Expounds the corresponding system design scheme, and the advantages and disadvantages of each method are analyzed and discussed.Put forward in practical application fiber grating sensors in the
光纤光栅
光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述 光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差，直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。因此，对裸FBG 进行封装，是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。 一、光纤光栅工作原理 光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件： β1、β2是正、反向传输常数，Λ是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式： 二、光纤光栅的写入 2.1 短周期光纤光栅的写制 内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中，经过光纤另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发生相应的周期变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅。此方法是早期使用的，该方法要求 122πββ-=Λ Λ =n B 2λ
锗含量很高，芯径很小，并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此目前很少被采用。 全息成删法(又称外侧写入法) 1989年，Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。写制设备装置如图2.1所示。通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可以得到不同栅格周期的光纤光栅。但是要得到高反射率的光栅，则对所用光源及周围环境有较高的要求。该方法采用多脉冲曝光技术，光栅性质可以精确控制，但是容易受震动或温度的影响，目前这种方法使用也不多。 单脉冲写入法由于准分子激光具有很高的单脉冲能量，聚焦后每次脉冲可达J/cm2，近年来又发展了用单个激光脉冲在光纤上形成高反射率光栅。英国南安普敦大学的Archambanlt等人对此方法进行了研究，他们认为这一过程与二阶和双光子吸收有关。由于光栅成栅时间短，因此环境因素影响较小。此外，此法可以在光纤拉制过程中实现，避免了光纤受到额外的损伤，保证了光栅的良好强度和完整性。但是形成光栅的短波长损耗严重，且不稳定。该方法对光源的要求不高，适用于低成本、大批量生产。 相位掩膜法将用电子束曝光刻好的图形掩膜置于裸光纤上，相位掩膜具有压制零级，增强一级衍射的功能。紫外光经过掩膜相位调制后衍射到光纤上形成干涉条纹，写入周期为掩膜周期一半的Bragg光栅。这种成栅方法不依赖于入射光波长，只与相位光栅的周期有关，因此对光源的相干性要求不高，简化了光栅的制造系统。这种方法的缺点是制作掩膜复杂。用低相干光源和相位掩膜版来制
光纤光栅传感技术的发展及应用
光纤光栅传感技术的发展及应用 单嵩 北京工业大学应用数理学院 000612班 指导教师：王丽 摘要本文综述了当前国内外对光纤光栅传感器的研究历史和现状，论述了光纤光栅传感器的工作原理，介绍了传感器在响应压力方面的研究，并讨论了光纤光栅传感器所面临的问题。 关键词光纤，光栅，传感器 一、引言 光纤通信技术在过去二十年里有了惊人的发展，它的出现，使得全球电信网络上的传输需求以指数速率增长。而新一代光纤技术——光纤光栅将在光纤技术以及众多相关领域中引起一场新的技术革命。1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.HILL等人在研究光纤非线性光学性质时偶尔地制成了最初的光纤光栅并发现掺锗石英光纤紫外光敏特性。所谓光敏性是指光纤材料在一定波长的强光照射下，其折射率会发生永久变化。而折射率沿光纤按一定规律变化就可形成各种光纤光栅。1989年G.Meltz等人首次利用244nm的紫外光采用全息干涉的方法制作了侧面写入的光纤光栅，使得制作各种波长的光纤光栅成为可能。光纤光栅作为一种全光器件，其主要优点是低损耗、易于与其他光纤耦合、偏振不敏感，温度系数低、容易封装。根据光纤周期的不同，光纤光栅可以被分为短周期光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）。短周期光栅又称为Bragg光栅，它的周期尺寸可以与工作波长相比拟，一般约为0.5μm 。Bragg光栅可以有很多种应用，从滤波器、光分插复用器到色散补偿器。长周期光栅又称为传输光栅，它的周期要比工作波长大得多，从几百微米直到几个豪米。长周期光纤光栅的工作原理与Bragg光栅有所不同。在光纤Bragg光栅中，对于适当的波长，纤芯中前向传播模式的能量会被耦合进入后向传播模式中。而在长周期光栅中，纤芯中前向传播模式的能量将会被耦合到包层中前向传播的其它模式中。这些包层中的模式都是极高损耗的，随着它们沿光纤的传播，其能量迅速衰减。目前长周期光栅主要被用作滤波器及在掺铒光纤放大器中补偿不平坦的增益谱。 目前，围绕光纤光栅技术的研究主要分为二个方向: 一是光纤光栅致光机理和写入成栅技术的研究；二是关于光纤光栅应用技术的研究，由于光纤光栅本质上是一个带阻滤波器，因此在光纤通信和光纤传感方面应用广泛。光纤传感是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的优点。光波不产生电磁干扰，也不怕电磁干扰，易被各种光探测器接受，可方便地进行光电或电光转换。光纤工作频带宽，动态范围大，是一种优良的低损耗传输线和优良的敏感元件。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，成为传感技术的先导，在某些重要领域，如惯性导航、军用告警、智能材料结构、测试与控制、机器人及信息处理等方面得到了广泛的应用。 二、光纤光栅传感技术原理 1、光纤Bragg 光栅的应变响应机理
光纤光栅制作方法
光纤光栅制作方法<2> 3）chirp光纤光栅的制作a）两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。第一次曝光在光纤上并不形成光栅，而是仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个chirp光栅。这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。b）光纤弯曲法这是在均匀光栅中引人光纤的机械变形，形成chirp光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。这种方法引入的chirp量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。c）锥形光纤法这是利用锥形光纤形成chirp光栅的一种方法。可以在锥形光纤两端施加应力发生形变，然后写人均匀周期的光栅，应力释放后，由于锥体各部分的伸长形变不同，造成光栅周期的轴向发生均匀变化，形成chirp光栅。也可以先在锥形光纤上写人均匀光栅，然后再施加应力，可以得到相同的效果。d）应力梯度法与锥形光纤法原理相同，只是光纤中应力大小是通过将光纤粘在底座上的胶含量来调节。它的优点是可以分别调节中心波长和光栅的带宽，这对于制作高性能的色散补偿器具有重要的意义。e）复合chirp光栅法将一列不同周期的均匀光栅顺序写在光纤上，它最大限度地应用了制作均匀光纤光栅的工艺简单性，具有很大的灵活性。f）chirp光栅的全总干涉法制作这种制作chirp光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入往面镜，使两束光的干涉角度沿着光纤轴向发生连续变化，从而造成光纤的纤芯折射率发生周期性渐变，形成chirp光纤光栅。4）新的光纤光栅制作方法a）直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写人光纤光栅的方法。此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。目前报道的光纤涂覆层有采用丙烯酸酯或general electric rtv615硅胶，通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。这种方法解决了以往传统方法中必须采用课光纤的弊端，减少了对光纤光栅制作完后要立即进行涂覆的工艺复杂性，具有很好的应用前景。b）在线成栅法这是最新出现的一种成栅方法。南安普敦大学的ldong等人采用脉冲单点激射的方法，首次实现了光纤拉制过程中写人光纤光栅的实验。它是在光纤拉制过程中在探光纤上直接写入光栅。通过对干涉系统中两束干涉光夹角的调节，可在线自动写入反射波长不同的一系列光纤光栅。使用这种方法，制造工艺简单，能连续大批量地制造光纤光栅，提高了光栅性能的稳定性，它的技术关键是要对所使用的准分子激光光束截面进行改进才能满足实用化的要求。c）光纤刻槽拉伸法用精密切割机对光纤进行周期性机械刻槽，用氢气火焰对v型槽区域的光泽进行拉伸退火，熔融玻璃表面应力的影响，以及v型槽一边的光纤的纤芯不平衡等因素，纤芯产生周期性的畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。利用此方法已经成功研制成的长周期光纤光栅，具有很好的宽阻带特性（30nm），可应用于宽阻带滤波器的波分复用系统。这种方法的缺点是机械加工的精度要求较高，目前很少被采用。d）微透镜阵列法这种写入长周期光纤光栅方法的关键技术是采用一种微透镜阵列，将一平行的宽柬难分子激光聚焦成平行等间距的光条纹，投影到单模光纤上，其中相邻微透镜之间无间隙，其中心间距决定了写人光栅的空间周期。这种方法写入一个长周期光纤光栅仅需10s，大大提高了写入效率。通过控制写入时间和写入光栅的总长度，可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。这种方法的缺点是做透镜模板制作非常困难，使它的应用受到了限制。e）用聚焦二氧化碳激光器写入lpg 采用10.6μm自由空间二氧化碳激光器对光纤直接曝光，通过计算机控制平移台，实现光纤的准直和固定及曝光间距的控制，可以写入不同周期的长周期光栅。这种方法无须采用紫外光，对光纤可以不用载氢处理，这种方法具有很好的应用前景。f）移动平台法利用一个周期不变的相位掩膜，可以写入调瞅、波长任意的光纤bragg光栅，通过改变光束的聚焦，可以写入阶跃chirp光栅。实验结构的主体包括两个移动平台，相位掩膜与光纤固定在一起，可以移动。改变两个透镜之间的距离就可以改变写入光纤的布拉格波长，控制每个基本光栅的曝光时间可控制切趾光栅剖面，这对于抑制反射谱中旁瓣的影响具有重要的意义。g）用聚焦离子束写入光纤光栅利用聚焦离子束（focused ion beam：fib）可以写入任意的光纤光栅结构，fib既可以采用研磨方式，也可以采用沉积方式。光栅研磨出的槽离纤芯只有几μm，研磨15～20个槽即可获得高的反射率，槽数越多反射越大。研磨方法简单但实现不易，常用的方法是用氟化氢腐蚀掉部分包层后开始研磨，但光纤研磨下来的物质充电沉积在研磨区，将会降低研磨效率，并且由于材料的再沉积，糟的深宽比将被限制在一个较小的值。研磨时间取决于研磨材料和束电流。这种方法的关键是要解决工艺难度，才有可能获得广泛的应用。3结束语对光纤通信而