腐蝕光纖布拉格光柵傳感特性研究.pdf

1、光纖光柵是纖芯折射率受到周期性微擾形成的一種光纖無(wú)源器件。光纖布拉格光柵是一種反射式光柵，其反射波長(zhǎng)與光柵的有效折射率和光柵周期有關(guān)，光柵的帶寬和反射率取決于光柵的長(zhǎng)度以及折射率變化的幅值。光纖布拉格光柵對(duì)溫度和應(yīng)變具有特殊敏感性，故FBG在光纖通信和傳感領(lǐng)域有特殊的應(yīng)用。
　　化學(xué)腐蝕法制備光纖光柵傳感器是目前最為簡(jiǎn)單的一種方法，此方法的獨(dú)特之處在于無(wú)須曝光。運(yùn)用化學(xué)腐蝕法，改變了光纖光柵的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，讓制成的光纖光柵傳感器對(duì)外界

2、折射率變化更加敏感，能在光纖傳感領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。此類傳感器具有體積小、成本低和靈活性高的優(yōu)勢(shì)，已廣泛的應(yīng)用在生物化學(xué)、醫(yī)藥化學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，逐漸成為近年來(lái)科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。
　　本文主要工作為:第一，從麥克斯維方程(Maxwell equations)出發(fā)，對(duì)單模光纖的導(dǎo)波模式進(jìn)行了推導(dǎo)，用在模式耦合中產(chǎn)生的規(guī)律，可知?dú)w一化頻率一旦確定，其傳輸模式的種類和數(shù)量也就確定了。第二，討論了光纖布拉格光柵的長(zhǎng)度及耦合系數(shù)對(duì)其光譜的影響

3、。發(fā)現(xiàn)光柵長(zhǎng)度越大，F(xiàn)BG的反射率峰值也越來(lái)越大，反射譜的帶寬逐漸減小;而耦合系數(shù)越大，F(xiàn)BG反射率上升的就越快。理論推導(dǎo)了光纖布拉格光柵傳感特性規(guī)律，并取中心波長(zhǎng)為1550nm的光柵，測(cè)出其溫度響應(yīng)系數(shù)為10pm/0C，應(yīng)力響應(yīng)系數(shù)為1.36N/nm。第三，分析了腐蝕FBG的傳感原理，運(yùn)用化學(xué)腐蝕的辦法，用HF溶液對(duì)FBG進(jìn)行了約160min腐蝕，測(cè)出了腐蝕過(guò)程中中心波長(zhǎng)波長(zhǎng)的偏移量為2.1nm。觀察了腐蝕前后FBG對(duì)外界的折射率響應(yīng)

4、，發(fā)現(xiàn)腐蝕之前FBG對(duì)外界折射率不敏感，腐蝕之后其對(duì)外界折射率的響應(yīng)系數(shù)為0.4822nm/riu。采用腐蝕過(guò)的FBG對(duì)鹽水的濃度和密度進(jìn)行了測(cè)量，發(fā)現(xiàn)溶液濃度每增加1％，中心波長(zhǎng)就增加20.3pm，密度每增加2.64g/cm3，中心波長(zhǎng)增加1nm，從側(cè)面說(shuō)明，可以利用FBG對(duì)溶液的濃度和密度進(jìn)行測(cè)量。最后，測(cè)出了腐蝕FBG后其溫度響應(yīng)系數(shù)為9pm/0C。第四，闡述了腐蝕FBG作為傳感器的應(yīng)用，可以直接測(cè)量密度、濃度等，也可鍍膜后作為濕