光纤光栅的发展与分类PPT课件

这是一个关于光纤光栅的发展与分类PPT课件，包括了光纤光栅各种分类，光纤光栅基本原理，光纤光栅制作技术，各种光纤光栅应用，光纤光栅研究方向等内容。2.5 光纤光栅光纤光栅技术简介体光栅工作原理 光纤光栅FBG 对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg条件，两波之间将发生能量的耦合。 Bragg条件： 特别地，如果满足 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中--反射式滤波器FBG 基本结构光纤光栅的优势全光纤结构 低插入损耗 低成本优势 偏振相关性较低，其可靠性较高 能灵活实现所需的光谱特性 许多物理参数可以调整光纤光栅的分类光纤光栅的结构参数光栅周期－－光栅折射率调制的距离 光栅长度调制深度－光栅中折射率差.(折射率的变化) 折射率分布 光纤光栅技术简介 短周期光纤光栅基本原理基本特性表现为一个反射式的光学滤波器1=i和2=-1分别对应0级和1级衍射光，二者传播常数相同,得到FBG的反射波长(Bragg波长)： 闪耀光纤光栅特性 Bragg光纤光栅 Bragg光纤光栅旁瓣效应光栅中心和两侧对应不同反射峰，光纤光栅的两端折射率突变引起的F-P效应所致在反射谱线上产生旁瓣效应，欢迎点击下载光纤光栅的发展与分类PPT课件。

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2.5 光纤光栅光纤光栅技术简介体光栅工作原理 光纤光栅FBG 对于同向传输的两个波，如果传播常数满足Bragg条件，两波之间将发生能量的耦合。 Bragg条件： 特别地，如果满足 能量将耦合至波长与入射波相同的反向传输的散射中--反射式滤波器FBG 基本结构光纤光栅的优势全光纤结构 低插入损耗 低成本优势 偏振相关性较低，其可靠性较高 能灵活实现所需的光谱特性 许多物理参数可以调整光纤光栅的分类光纤光栅的结构参数光栅周期－－光栅折射率调制的距离 光栅长度调制深度－光栅中折射率差.(折射率的变化) 折射率分布 光纤光栅技术简介 短周期光纤光栅基本原理基本特性表现为一个反射式的光学滤波器1=i和2=-1分别对应0级和1级衍射光，二者传播常数相同，得到FBG的反射波长(Bragg波长)： 闪耀光纤光栅特性 Bragg光纤光栅 Bragg光纤光栅旁瓣效应光栅中心和两侧对应不同反射峰，光纤光栅的两端折射率突变引起的F-P效应所致在反射谱线上产生旁瓣效应。 Bragg光纤光栅的改进变迹啁啾光纤光栅切趾特性切趾FBG 切趾FBG－－折射率周期不变，调制幅度变化目的－－使折射率调制深度由中心向两侧逐渐减小，与非光栅区平滑过渡，从而抑制反射谱线的旁瓣。光栅切趾分布函数有很多种，此处介绍常用的：高斯分布升余弦分布高斯分布切趾FBG 高斯切趾光栅的折射率调制深度分布： 其中FWHM是高斯轮廓的半高宽度，一般取光栅总长度为6×FWHM。随着FWHM的减小，光纤光栅的反射谱旁瓣受到明显拟制，但在主反射带短波长边则仍有较大的旁瓣，主要是由于光致折射率变化为非均匀时，光纤中的有效折射率随光纤光栅的位置而变化，使光栅形成自啁啾效应所造成的。 啁啾光纤光栅特性 长周期光纤光栅基本原理前向传输模式耦合成一个泄漏的包层模基本特性表现为一个带阻滤波器，阻带宽度一般为十几到几十nm 1=i和2分别对应0级（为芯层模）和1（为包层模）级衍射光： 长周期光纤光栅长周期光纤光栅长周期光纤光栅的透射谱长周期光纤光栅的透射谱光纤光栅技术简介光纤材料的光敏性光纤光栅中的折射率调制是利用光纤材料的光敏性产生的; 光敏性－－指掺杂光纤被激光照射时，折射率随光强的空间分布发生相应的变化，变化大小与光强成线性关系并可永久保存下来; 实质上，在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射器; 光纤光敏性的峰值位于240nm的紫外区; 提高敏化的方法最广泛采用的载氢技术氢或氚通过反应并维持更多的缺陷结构来增加光敏性，n>10-2；降低了对光纤的选择要求，几乎可以用于任意光纤；氢原子只起临时敏化作用，没有参与作用的氢原子会随着时间慢慢扩散而离开光纤，对光纤的长期稳定性没有影响； 紫外脉冲光源准分子激光器－最简单的高能、脉冲光源工作波长193-248nm，工作功率0.3-100mW 相对较短的时间相干性和空间相干性，适合相移掩模法和逐点写入法成栅时间短掺钕YAG泵浦染料激光器发出可见光~484nm，然后倍频到~248nm 可调谐、高相干性能量低于准分子激光器，但高相干性可聚焦得到高峰值光密度掺钕YAG或掺钕YLF四倍频激光器功率高，比准分子激光器更好的相干性不能调谐，波长比理想光纤光敏波长偏大其它方案－－价格、复杂程度、可使用性或相对差的性能导致没有被广泛的使用紫外连续光源 244nm倍频氩离子激光器 工作在连续状态，没有很高的峰值功率；倍频可以直接在激光器内完成，也可通过外腔得到；典型功率50~500mW；成栅时间长； 相位掩模法 啁啾光纤光栅写入方法 光纤光栅的温度稳定性光纤光栅的封装技术可通过控制应力来补偿温度对Bragg波长的影响机械封装：为补偿波长随温度的漂移，应在光纤光栅轴向附加应变量进行补偿。结构相对复杂，但可通过精密调节使光栅达到很高的精度和调谐范围负温度系数材料封装：材料可控性差，成型后无法进一步调节。为了保证长时间的稳定性，树脂型热粘结胶比较常用，如353ND，UV固化胶等。 光纤光栅技术简介光纤光栅的应用光纤光栅有如一道道的栅门，一束光经过这一排栅门，就会被分解成很多道光线，不能通过栅门的光线就会被打回头； 其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤光器或反射镜。 FBG光纤光栅的应用 光纤光栅是将通信用的光纤的一部分利用掺锗光纤非线性吸收效应的紫外全息曝光法而制成的一种称为Bragg Grating的纤芯折射率周期性变化光栅。属于波长调制型非线性作用的光纤传感器 当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而产生光栅布拉格信号的波长位移，通过监测波长位移的情况，即可获得待测物理量的变化情况。 反射的中心波长 λ=2neffΛ neff为光纤纤芯有效折射率 Λ为光栅的栅距（光栅周期） 当外界的被测量引起光纤光栅温度、应力改变都会导致反射光中心波长的变化。 光纤Bragg光栅滤波器光纤光栅在光纤通信系统中的应用光纤光栅作为一种新型光器件，可构成大量的有源和无源光器件是: 有源器件: 光纤激光器; 半导体激光器; EDFA光纤放大器; Ramam光纤放大器; 无源器件: 滤波器; WDM波分复用器; OADM上下路分插复用器; 色散补偿器; 波长变换器 ；延时器； 光纤光栅编码器。光纤光栅在光纤传感中的应用反射波长和应变、温度、压力物理量成线性关系：土木工程：如桥梁、大坝、岸堤、大型钢结构等的健康安全监控；航天工业：如飞机上压力、温度、振动、燃料液位等指标的监测；船舶航运业：如船舶的损伤评估及早期报警；电力工业：由于光纤光栅传感器根本不受电磁场的影响，所以特别适合于电力系统中的温度监控；石油化学工业：光纤光栅本质安全，特别适合于石化厂、油田中的温度、液位等的监控；遥测核磁共振机中实地温度，可进行心脏有效率的测量等；核工业：监视废料站的情况，监测反应堆建筑的情况等；可应用在WDM的各个环节色散补偿中的应用啁啾光栅－色散补偿优点：补偿色散在一个很短小的栅区内形成，器件损耗低，在强信号功率下无非线性问题；沿光栅精确改变啁啾量可补偿波长依赖色散；偏振不敏感；时延抖动小；良好的温度特性好，成本低；缺点：光栅长度与补偿带宽呈线性关系，对窄带补偿有利，对宽带器件困难；光栅局部周期缺陷和切趾缺陷使得光栅的色散存在相位畸变；啁啾光栅（Chirped Bragg grating） OADM中的应用 级联光栅将多个光栅串联起来，每一个光栅反射回特定的波长. EDFA的增益均衡用于EDFA泵浦光源980nm和1480nm大功率半导体激光器的波长稳定－提供波长选择性反馈用于EDFA增益平坦化－对不同波长信号具有不同增益 用于使透过的泵浦光返回掺铒区，提高EDFA的泵浦效率抑制EDFA的自发辐射噪声光纤光栅研究方向物理机制的研究：掺杂、多掺杂、混掺杂； 最佳成栅工艺研究； 研究以光纤光栅为基础器件的光子线路； 全光纤光子集成研究； 新效应、新应用的研究；VbR红软基地