光纤传感技术与应用第一章光纤传感器

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1、光纤传感技术与应用王英武汉工程大学理学院 光学信息技术实验室电话：13986036101E-mail：QQ：7079150课程内容1 光纤传感器2 多传感器的光网络技术3 光电传感器中的光纤技术4 光传感信号处理技术5 光传感器的封装技术6 多传感器信息融合技术7 光电传感技术在电力系统的应用8 光电传感技术在石油与化工行业的应用9 光电传感技术在生物、生医生化领域的应用10 光电传感技术在航空航天领域的应用11 光电传感技术在国防领域的应用12 光电传感技术在环境保护与监测中的应用课程内容1.1 概述1.2 振幅调制传感型光纤传感器1.3 相位调制传感型光纤传感器1.4 偏振态调制型光纤传感

2、器1.5 波长调制型光纤传感器1.6 光纤荧光温度传感器1.7 分布式光纤传感器1.8 聚合物光纤传感器1.9 光子晶体光纤及其在传感中的应用1.10 传光型光纤传感器1.11 光纤传感技术的发展趋势及课题1.12 小结1 光纤传感器 光纤有很多的优点，用它制成的光纤传感器（FOS）与常规传感器相比也有很多特点：抗电磁干扰能力强、高灵敏度、耐腐蚀、可挠曲、体积小、结构简单、以及与光纤传输线路相容等。光纤传感器可应用于位移、振动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、pH值等70多个物理量的测量，且具有十分广泛的应用潜力和发展前景。一一.光纤的结构

3、光纤的结构 光纤是用光透射率高的电介质(如石英、玻璃、塑料等)构成的光通路。光纤的结构如图1所示，它由折射率n1较大(光密介质)的纤芯，和折射率n2较小(光疏介质)的包层构成的双层同心圆柱结构。图1 光纤的基本结构与波导 同理，由图1和Snell定律可导出光线由折射率为n0的外界介质(空气n0=1)射入纤芯时实现全反射的临界角(始端最大入射角)为 (3)式中NA定义为“数值孔径”。它是衡量光纤集光性能的主要参数。它表示：无论光源发射功率多大，只有2c张角内的光，才能被光纤接收、传播(全反射)；NA愈大，光纤的集光能力愈强。产品光纤通常不给出折射率，而只给出NA。石英光纤的NA=0.20.4。N

4、Annnc222101sin1.1 概述 1.1.1 光纤传感器的定义及分类传感型利用外界因素改变光纤中光的振幅、相位、偏振态或波长 传感合一传光型利用其他敏感元件测得物理量后通过光纤进行数据传输外界因素外界因素入射透射光纤 1.1.2 光纤传感器的特点抗电测干扰，电绝缘，耐腐蚀，本质安全灵敏度高重量轻，体积小，外形可变测量对象广泛对被测介质影响小便于复用，便于成网成本低 1.2 振幅调制传感型光纤传感器利用外界因素引起的光纤中光强的变化来探测物理量等各种参量的光纤传感器称为振幅调制传感型光纤传感器；对被测介质影响小 改变微弯状态 改变耦合条件用来改变光纤中光强的办法 改变吸收特性 改变折射率

5、分布 1.1.2 光纤微弯传感器原理：利用微弯损耗的变化，来探测外界物理量的变化。微弯损耗：多模光纤微弯时，部分芯模能量转化为包层模能量。通过测量芯模能量或包层能量的变化来测量位移或振动等参量。光纤微弯传感器原理图 1.1.2 光纤受抑全内反射传感器 一、透射式原理：全内反射缺点：需要精密的机械调整和固定装置，不利于现场环境使用。透射式光纤受抑全内反射传感器简图 二、反射式原理：也可以利用外界介质折射率变化，改变临界全反射条件，使反射光强变弱，从而测量外界物理量变化。特点：这种结构简单，无机械固定装置，稳定性好 反射式光纤受抑全内反射传感器简图 1.2.3 光纤辐射传感器原理：X射线、射线会使

6、光纤的吸收损耗增加，输出端功率下降。特点：灵敏度高、线性范围大、“记忆”特性 结构灵活、牢固可靠应用：小型仪器；核电、放射性物质监测 1.3 相位调制传感型光纤传感器原理：利用外界因素引起的光纤中光波相位变化来探测各种物理量。灵敏度高光学干涉法是已知最灵敏的探测技术之一灵活多样光纤探头的几何形状可按使用要求设计对象广泛可测量众多物理量，用于测量压力、转动、温度、加速度、电流、磁场、液体成分等对光纤有特殊需要倾向于使用同一模式产生干涉 1.3.2 光纤M-Z干涉仪和光纤Michelson干涉仪 光纤M-Z干涉仪原理图光纤Michelson干涉仪原理图 DDLnnLLLLLLLnD当外界（温度、压

7、力等）因素引起光纤长度L的机械变形和折射率n的变化，均可以引起一个臂中的相位发生变化，如（1-3-5）式式中光纤的传播常数光纤长度光纤折射率光纤直径 1.3.3 光纤Sagnac干涉仪原理：在由同一光纤绕成的光纤圈中沿相反方向前进的两光波，在外界因素作用下产生不同的相移。通过干涉效应进行检测。理论：Geoge Sagnac效应（1913年）发表 光纤Sagnac干涉仪原理图 RcRttRRctRcRttRRct2222cRttcL24)(AcL82见书cAL4 （1-3-6）见书 （1-3-7）cNA8cmd10245cmA nm633sradhr/103.7deg/155rad8103.4数

8、值举例：1.3.4 光纤Fabry-Perot干涉仪 原理：用光纤或光纤器件构成F-P干涉仪。本征型两端面镀膜的一段光纤做为传感器的主体；非本征型两根光纤对在一起，单端面镀膜，隔开一定间距封装在一固定的管道内。光学F-P干涉仪原理示意图 02cos21cos12IRRRIRcos21122RRRITLn04两个相应严格平行的光学反射膜，构成光学谐振腔。（1-3-9）（1-3-10）（1-3-11）光学相位本征型光纤F-P传感器：两端面镀膜的一段光纤做为传感器的主体；本征型光纤法-珀传感器原理图 非本征型光纤F-P传感器：两根光纤对在一起，单端面镀膜，隔开一定间距封装在一固定的管道内。非本征型光

9、纤法-珀传感器原理图 改进型非本征法-珀传感器原理图 1.3.5 光纤环形腔干涉仪 输出特性决定于：光纤耦合器的耦合比、插损，光纤环的长度、传输损耗光纤环形腔干涉仪 1.3.6 白光干涉型光纤传感器解决问题：白光光纤传感器，利用了白光零级干涉条纹可见的特点，可以进行绝对变化的测量。抗干扰能力强，解决了相位型光纤传感器，只能测量相对变化量的问题。特点绝对测量；强抗干扰；光纤通用；长度任选；便于复用 1.3.7 光纤干涉仪的传感应用外界作用于光纤上的压力、温度等因素，或者通过某些敏感材料的作用，直接引起光纤中光波相位的变化，从而构成相位调制型的光纤传感器光纤水声传感器、光纤压力传感器、光纤温度传感

10、器、光纤转动传感器（光纤陀螺）、光纤磁场传感器、光纤加速度计、光纤化学传感器、光纤生物传感器、光纤气体传感器 1.4 偏振态调制型光纤传感器 光纤偏振干涉仪光纤偏振干涉仪 原理：先用1/4波振片将线偏振光变成圆偏振光，正交的两个偏振光在双折射单模光纤中均匀激励，如果相移不同，则出射的合成偏振光可以在左旋-45度线偏-右旋-135度线偏之间变化。（利用学过的电光调制知识，可知输出光光强的投影强度为）单光纤偏振干涉仪 cos1210II 1.5 波长调制型光纤传感器 光纤光栅光纤光栅光纤光栅的类型光纤光栅的类型 光纤光栅模型光纤光栅模型（Fiber grating）光纤光栅从本质上讲是光纤光栅从本

11、质上讲是通过波导与光波的相互作用，通过波导与光波的相互作用，将在光纤中传输的特定频率将在光纤中传输的特定频率的光波，从原来前向传输的的光波，从原来前向传输的限定在纤芯中的模式耦合到限定在纤芯中的模式耦合到前向或后向传输的限定在包前向或后向传输的限定在包层或纤芯中的模式，从而得层或纤芯中的模式，从而得到特定的透射和反射光谱特到特定的透射和反射光谱特性。性。光纤光栅中，光场与光光纤光栅中，光场与光波导之间的相互作用可用耦波导之间的相互作用可用耦合模理论来描述。合模理论来描述。光纤光栅按折射率变化周期的长短大体可分为两类：光纤光栅按折射率变化周期的长短大体可分为两类：短周期光纤光栅短周期光纤光栅(F

12、BG，也叫反射或布喇格光栅，也叫反射或布喇格光栅)短周期光纤光栅短周期光纤光栅Fiber Bragg gratingm m为衍射级数为衍射级数 光栅周期一般为零点光栅周期一般为零点几个几个m,耦合发生在正耦合发生在正向与反向传输的模式之向与反向传输的模式之间，它的一个重要特性间，它的一个重要特性是将某一频段内的光反是将某一频段内的光反射回去射回去 长周期光纤光栅长周期光纤光栅(LPG，也叫传输光栅，也叫传输光栅)长周期光纤光栅长周期光纤光栅Long period grating 光栅周期在光栅周期在 100m以上以上,耦合发生在同向传耦合发生在同向传输的模式之间，它的特输的模式之间，它的特性是

13、将导波中某频段的性是将导波中某频段的光耦合到包层中损耗掉光耦合到包层中损耗掉而让其他频段的光通过而让其他频段的光通过 光纤光栅传感器的优势（1）光纤光栅用于智能结构（smart structure）和材料的光纤传感器的研究，主要用于结构内部应变、压力、温度、振动、载荷疲劳、结构损伤等参数的监测。1）抗干扰能力强：这一方面是因为普通传输光纤不会影响光波的频率特性（忽略光纤的非线性效应）；另一方面光纤光栅传感系统从本质上排除了各种光强起伏引起的干扰，例如光源强度的起伏、光纤微弯效应引起的随机起伏等都不可能影响传感信号的波长特性，因而基于光纤光栅的传感系统具有很高的可靠性和稳定性；2）光纤光栅传感器

14、是自参考的，可以绝对测量（在对光纤光栅进行定标后），不必如基于条纹计数的干涉型传感器那样要求初始参考；光纤光栅传感器的优势（2）3）传感探头结构简单、尺寸小（其外径与光纤本身等同），适于各种场合，尤其是智能材料和结构。便于埋入复合材料构件及大型建筑物内部，对结构的完整性、安全性、载荷疲劳、损伤程度等状态进行连续实时监测；4)便于构成各种形式的光纤传感网络，尤其是采用波分复用（WDM）技术构成分布式光纤光栅传感器阵列，进行大面积的多点测量；5）测量结果具有良好的重复性；6)光栅的写入工艺己较成熟，便于形成规模生产（商品化）。光光 纤光栅的历史纤光栅的历史 1978年由加拿大通讯研究中心(CRC,

15、Canadian Research Centre)的K.O.Hill.率先报道了光纤的光敏特性，制造了第一支光纤光栅。1989年 G.Melts 报道了从光纤的侧面用激光的干涉曝光制作了光纤光栅，使光纤光栅得到迅速发展。1993年 K.O.Hill提出的相位掩模制造法使光纤光栅的制造技术得到重大发展，使光纤光栅的大批量制造成为可能。光纤的光敏性 所谓的光敏性，就是指当材料被外部光照射时，引起该材料物理或化学特性的暂时或永久性变化的一种特性。光纤中的光敏性通常是特指光纤纤芯折射率在外部光源照射时发生改变的特性。在一定条件下，变化的大小与光强成线性关系并可保存下来。色心一般是指缺陷的吸收带，是导致

16、光纤传输的重要原因。石英结构光敏光纤 掺铈光纤、掺铒锗光纤、掺锗硼光纤、掺氟锆光纤、掺铕光纤。在通信中应用最广泛的是纤芯掺锗光纤。在光纤材料中掺入Ge以后将产生位于195nm、213nm、240nm、281nm、325nm、517nm等多个附加吸收带，其中240nm、195nm为强吸收带光纤材料的紫外增敏技术 标准单模通信光纤掺有3的锗，典型的折射率变化是3X10-5，提高锗掺杂浓度可达到5X10-4 增加掺杂锗浓度提高了纤芯和包层折射率之差，要减小纤芯，造成普通光纤和光敏光纤的匹配性能下降。因此要寻找增敏新方法，主要考虑：提高缺陷浓度；在光纤中掺 杂紫外吸收系数大的杂质；纤芯或包层中掺入适当

17、杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度；主要方法：载氢技术、光纤还原法、多种掺杂、预加应力增敏技术；光纤光栅的写入技术 内部写入法 干涉写入法 逐点写入法 光纤光栅的分类 光纤光栅的制作分振幅写入原理光强分布 干涉条纹的强度分布为：光纤光栅的Bragg反射波长为)sin2cos(1 2)(02kzAzIsinwweffnnB分波阵面干涉仪 较分振幅相干法结构更为简单，可采用更少或更灵活的光学元件。逐点写入法 逐点写入法是利用聚焦光束沿光纤逐点曝光，使光纤纤芯的折射率形成周期性分布而制成光纤光栅的方法。关键在于光纤与写入光斑的相对位置。相位掩模写入法 1993年 K.O.Hill研究组和美国AT

18、&T Bell实验室D.A.Anderson几乎同时提出掩模写入法，将光敏光纤贴近相位掩模，利用相位掩模产生的近场衍射所产生的干涉条纹在光纤中形成折射率的周期性变化，从而形成光纤光栅。目前相位掩模法已成为最广泛使用的光纤光栅写入法。近场衍射特性 相位掩模是采用电子束平板印刷术或全息曝光蚀刻于硅基片表面的一维周期性透射相位光栅，其实质是一种特殊设计的光学衍射元件。光纤光栅的光学特性光纤光栅的光学特性 理论描述光纤光栅的方法有：耦合模理论 转移距阵方法 Fourier变换法 光纤光栅是一种参数周期变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分地或完

19、全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱。主要依赖于相位匹配条件：1 22/光纤光栅常用分类 根据光纤光栅的波矢方向、空间周期分布以及周期大小，可分为四种基本类型，光纤Bragg光栅、闪耀光纤光栅、啁啾光纤光栅和长周期光纤光栅。若进一步对光纤光栅的折射率分布以及周期深度进行调制，可进一步分成多种衍生光纤光栅，即超结构光纤光栅、多重写入光栅光栅、相移光纤光栅、Moire光纤光栅和变迹光纤光栅等光纤Bragg光栅 这种光纤光栅的周 期很小，有一个反 射波长满足：)2cos()(0znnzneBn2FBG透射和反射特性FGB应用 FGB可作为激光器外腔反射镜，制成光纤光栅外腔半导体激光器，也可

20、以作为Fabry-Perot谐振腔制成性能优良的光纤(DFB)激光器、主动锁模或可调谐光纤激光器、DWDM中的复用/解复用器、插分复用器及波长转换器、光栅路由器等；利用光纤光栅的温度、应力特性还可制成不同的光纤传感器。闪耀光纤光栅 闪耀光栅的光栅周期与折射率调制深度均为常数，但其光栅波矢方向却不是与光纤轴线相一致，而是与其成一定的角度。闪耀光栅不仅引起反向导波模耦合，而且还将基阶模耦合至包层中损耗掉。闪耀光纤光栅写入 闪耀光栅的Bragg波长可表示为 2)(12lrneffB闪耀光纤光栅的应用 利用闪耀光纤光栅的包层模耦合形成的带宽损耗特性，可将其应用于掺铒光纤放大器的增益平坦。当光栅法线与光

21、纤轴向倾角较小时，还可将闪耀光栅用作空间模式耦合器。啁啾光纤光栅 啁啾光纤光栅的周期不是常数而是沿轴向单调变化的,是一个非周期的光栅间距，可改变轴向的光栅周期或光纤纤芯折射率或同时改变两者获得。啁啾光栅的写入原理 1993年 K.C.Byron等人用紫外干涉仪在锥形光纤中产生了非均匀周期分布的干涉条纹，获得了折射率近似线性变化的光纤折射率分布，即线性啁啾光纤光栅。啁啾光栅的谱分布 由于不同的栅格周期对应于不同的反射波长，啁啾光栅能够形成很宽的反射带。长周期光纤光栅 长周期光纤光栅是指栅格周期大于100m的光纤光栅结构。它是一种透射型光栅，将光纤中传播的特定波长的光波耦合到包层中损耗掉。长周期光

22、栅的制作方法 可采用遮光板形成明暗条纹制作；振幅掩模；逐点写入方法；长周期光纤光栅的应用 在光通信系统中 光栅模式转换器 旋光滤波器 在光纤传感中很多应用。超结构光纤光栅 又称取样光栅，折 射率调制是周期性 间断的，相当于在 光纤Bragg光栅或 啁啾光纤光栅的折 射率调制上又加一 个调制函数超结构光纤光栅写入和应用 R.Kashyap写入方法采用相移相位掩模近场衍射法。B.J.Eggleton等人利用振幅掩模与相位掩模联合使用的方法也可精确地写入超结构光纤光栅。超结构均匀光栅在梳状滤波器以及多波长激光器 在波分复用通信系统中的色散补偿；多重写入光纤光栅 在同一位置重叠写入多个具有不同中心波长

23、的Bragg光栅多重写入光纤光栅应用 在光纤光栅写入基础上,A.Othonos等人于1994年对光纤同一位置进行了多次曝光，写入了具有不同反射波长的光纤Bragg光栅；用于复用和解复用的梳状函数，可用于光纤激光器和光纤传感器。相移光纤光栅 是指在光纤Bragg光栅的某些点，通过一些方法破坏其周期的连续性而得到的，每个不连续连接都会产生一个相移。相移光纤光栅的透射谱 其主要特点是在Bragg反射带中打开透射窗口，使波长具有更高的选择性，通过选择合适的相移点位置和相移量，能够使光纤光栅更好地满足EDFA增益平坦的需要；常采用相移相位掩模法Moire光纤光栅 采用两个具有微小周期差异的紫外条纹对光纤

24、的同一位置进行二次曝光的结果，其谱特征是在反射带中开了很窄的透射窗口。变迹光纤光栅 采用特殊形式对光纤Bragg光栅的折射率调制深度进行调制，可 形成变迹光栅，这种光栅具有丰富的谱特性，通过改变其调制函数及其他有关参数可根据需要控制其反射谱形状。变迹光纤光栅 可在两非均匀光束形成的干涉条纹曝光中写入；在相位掩模写入过程中改变曝光次数来获得变迹；具有不同衍射效率的变迹相位掩模。光纤光栅的波长调谐 电磁调谐,举例：如使用103mT磁场可以实现1.1nm的调谐 热调谐，Bragg波长的温度灵敏度为1.1X10-2nm/机械调谐 其他方式:压强、化学都不太成熟。光纤光栅传感器及应用 光纤光栅是采用波长

25、编码，普通光纤传输不会影响光波的频率，而排除了强度起伏干扰，光纤光栅传感器具有很高的可靠性和稳定性；光纤Bragg光栅传感器、啁啾光纤光栅传感器、长周期光纤光栅传感器等主要考虑的技术问题 光纤光栅的机械可靠性和光学可靠性；光纤光栅的寿命 光纤光栅的封装 交叉敏感的消除 增敏和去敏 宽光谱、高功率的获得 波长移位的探测 光探测器的波长分辨率光纤Bragg光栅传感器 光纤Bragg光栅的基本光学参数 反射率R 透过率T 中心波长max 反射带宽 光栅方程应变传感模型 应力引起光栅Bragg波长的移位可由下式统一描述：式中 为光纤本身在应力作用下的弹性形变，光纤的弹光效应。外界应力的改变会引起光纤B

26、ragg光栅波长的移位。从物理本质上来看，引起波长移位的原因主要包括三个方面：光纤弹性形变、光纤的弹光效应以及光纤内部应力引起的波导效应。effeffBnn22effn温度应变模型 外界温度改变同样也会引起光纤光栅Bragg波长的移位。从物理本质看，引起波长移位的原因主要有三个方面：光纤热膨胀效应、光纤热光效应以及光纤内部热应力引起的弹光效应。当外界温度改变时，温度变化导致光纤光栅的相对波长移位为：式中第一项代表光纤光栅的热光系数；第二项代表热膨胀引起的弹光效应；第三项代表热膨胀导致光纤芯径变化而产生的波导效应，第四项 线性热膨胀系数 TnnnTTneffeffepeffeffB2)(2磁场传

27、感器由于Faraday效应引起光纤Bragg光栅中左旋和右旋偏振光的光纤折射率的微弱变化，光纤Bragg光栅也被用于动态磁场探测。一个纵向磁场会导致光栅中的一个圆偏振光的折射率变化 其中下标（+，-）表示光纤Bragg光栅中的右旋和左旋偏振光，以硅光纤为材料的磁场可被线性地检测出来，使得这种方法适用于核磁共振（NMR），等离子体约束和光谱学等领域。nB2nB22VHnn光纤Bragg光栅传感信号的检测 光纤光栅解调的主要方法 光谱仪和多波长计 边缘滤波器 可调谐滤波器 波长可调谐光源 CCD分光仪 光纤Fourier变换光谱法 干涉仪 光谱检测示意光谱仪与波长计边缘滤波器 基于强度监测、适于动

28、态、静态测量，具有较好的线性输出，测量范围与探测器的分辨率成反比 反映迅速、成本较低、使用方便 受体积光学滤波元件准直行和稳定性的严重影响，耦合器分束比带来的变化无法消除可调谐滤波器CCD分光仪 光纤Fourier变换光谱法典型的FBG干涉图及光谱图 光纤拉伸长度10cm最大光程差30cm干涉臂长约200m光纤光栅传感 检测信息为波长编码的具有10-6 10-2四个数量级线性响应的绝对测量（响应范围宽）。光纤光栅从出现10年后，被认为是理想的传感单元，适合于检测静态和动态参量，其检测信息为波长编码的绝对测量，传感器能自校准，早期是军事领域，到建筑、水利、公路、桥梁、隧道、边坡等民用领域。波长编

29、码带来的最大好处体现在：忽略光纤中的非线性效应时，普通的传输光纤不会影响光波的频率特性。光纤光栅传感系统从本质上排除了曾长期困扰其他光纤传感器的光强起伏干扰。光源强度起伏，光纤微弯效应引起的随机起伏和耦合损耗等不可能影响传感信号的波长特性，因而具有光纤光栅的传感系统具有很高的可靠性和稳定性。国内状况 从20世纪90年代中后期开展光纤光栅的研究工作，由于时逢基础建设高潮，因此从起步阶段我国光纤光栅就和传感检测联系在一起。目前，将光纤光栅应用于实验力学、结构损伤、钢筋混泥土和桥梁等土木工程结构已推进了我国光纤传感器产业发展的重要动力。光纤光栅的传感应用领域 航空航天 1979年 NASA创始了一项

30、光纤机敏结构和蒙皮计划，首次将光纤传感器埋入先进聚合物复合材料蒙皮中，用以监控复合材料应变和温度。1985年 美国空军提出了著名的预测计划II，对飞行器物理参数和宽频率的传感和通信。一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵位置，需要100多个传感器，尺寸和质量非常重要，光纤光栅制作在纤芯中，只需一根光纤传输，潜力巨大。航空航天举例 增强碳纤维复合材料的健康监测和损伤探测 与金属材料相比，增强碳纤维复合材料具有更高的抗疲劳、质量更轻、更大的强度/质量比、抗腐蚀，并且能够制作复杂的形状。这种材料对增强碳纤维复合材料是雷达透明的，使得飞行器具有很低的雷达截面。智能皮肤（

31、smart skin)：在复合材料结构中埋入光纤光栅传感器，实时健康和性能监控。在遭受撞击时，觉察受损，定位损伤，评估受损程度，改善航空器的生存能力。智能结构(smart structure):传感信号被进一步用于驱动执行器结构修正，这种系统智能结构。航空航天举例（2）航天飞机 美国国家航空和宇航局在X-33上安装光纤光栅传感器测量应变和温度，对航天飞机进行实时健康监测。自适应结构 1996年 德国研究基于光纤光栅的自适应机翼，在结构变化监视中埋入了 静态分布式光纤光栅应变和温度传感器。测量飞机喷气涡轮发动机系统的压力和温度：高温高压环境等。舰船举例 船舶结构健康监测系统 增强碳纤维复合材料的

32、健康监测和损伤探测 纤维增强塑料闸门和实时监测土木工程举例 混凝土养护中温度和应力的自监测 混凝土结构裂缝的自监测和自诊断 混凝土结构应力、应变和变形的自监测 与混凝土结构配合的钢索应力和变形的自监测 桥梁 隧道和地下工程 边坡石化工业 钻井：使用永久连续井下油田监控系统，有利于油田的管理、优化和发展。储运：光纤光栅周围的化学物质浓度的变化通过倏逝波影响光栅的Bragg波长，可制成探测各种化学物质的光纤光栅化学传感器。电力工业 电流和电压的测量 磁场的测量 温度的测量 应变的测量核工业 用于核电厂设备核管道的传感 核防护罩 蒸汽管道 核废料医学 温度：采用光纤光栅传感器可对心脏功能的功效进行测

33、量 超声场：超声波外科、超声波热疗及超声波碎石 呼吸：电致人工呼吸，装有高压电极，采用光纤光栅监视病人呼吸情况，将有利改善电致人工呼吸的效果光纤传感主要研究方向 在光纤通信中可调谐滤波器的基础上，研制出可调制通用的传感元件为基础的光纤传感技术，研制响应各种参量的传感器 光复用技术在光纤传感领域的应用 全光纤、分布式、多功能传感系统的研究与开发 开展各应用领域的专业化成套传感技术的研究，如航空航天、航海、土木工程、医学和生物、电力工业、核工业以及化学和环境等。光纤光栅在DWDM全光网络中的应用 没有FBG，就没有真正的全光网络 FBG在光源中的应用 FBG在光纤放大器中的应用 FGB在光波分复用

34、/解复用器中的应用 FBG在光分插复用器中的应用 FBG在光滤波器中的应用 FBG在波长变换器中应用 FBG在色散补偿中应用光纤光栅的研究方向 物理机理研究，掺杂光纤中各种光效应。各参数间的依赖关系和各种规律，为其应用提供理论和设计基础 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 全光子集成研究 新效应、新应用研究，课后复习题（1）光纤光栅写入技术有哪些？试写出每种的特征及优缺点；（2）试光纤Bragg光栅的光栅方程，说明光纤各参数的物理意义，并说明FBG中的模式耦合情况。（3）试简答光纤光栅传感器的优势。（4）温度对光纤光栅反射波长的影响有哪几项？（5）应力对光纤光栅反射波长的影响有哪几项？