于庆革 南 锟

0 引言

自从加拿大通信研究中心的Hill等人在1978年首次利用驻波法在掺鍺光纤中研制出第一个永久性的可实现反向模式间耦合的光纤布拉格光栅后[1]，光纤光栅技术得到了广泛的重视并展开了深入的研究。最后形成两大基本结构——光纤布拉格光栅(FPG)和长周期光纤光栅(LPFG)。在这两种光栅的基础上，人们先后研制出了很多具有特殊结构的光栅。其中以光纤光栅为敏感元件的光纤传感器正成为复用型传感器市场中新兴的重要成员[2]。

布拉格光栅(FPG)可用于测量光纤周围介质的温度、应力和折射率等多个参量的变化，但是它有解调技术复杂且所需采用的化学腐蚀技术会降低光纤的强度破坏光纤结构的完整性等缺点以及应变温度的交叉灵敏问题。长周期光栅是近几年随光纤光栅的研究而发展起来的一类特殊光栅。它的出现简化了FPG型传感器的信号解调技术，制造较为简便。FPG，LPFG的基模和包层模在耦合时，温度和应变的灵敏度不同，因此易于复用。本文将对复合型传感器理论及其在工程检测中的应用进行简要介绍。

1 光纤光栅的传感原理

根据光纤耦合理论可知，满足反射条件的谐振波长λB表达式为:

其中，neff为纤芯的有效折射率;Λ为光纤光栅折射率变化周期。对式(1)进行微分可得:

可知neff和Λ二者的变化都会使中心波长λB产生“波长飘移”，而neff和Λ与作用在光栅上的应变和温度相关[3-5]。因此光纤光栅存在着温度和应变的交叉敏感问题。……