光纤通信课程论文

光纤光栅及其应用

光纤光栅及其应用

摘 要：光纤光栅是一种极其重要的光纤无源器件，介绍光纤光栅的光学特性，并对应用于光通信系统中的高性能光纤光栅器件，如OADM、滤波器、色散补偿器、激光器等的原理及应用进行阐述。 关键词：光纤光栅; 光纤器件; 应用

0 引言

近年来，随着光纤通信技术向着超高速、大容量通信系统的方向发展，以及逐步向全光网络的演进，在光通信迅猛发展的带动下，光纤光栅已成为发展最为迅速的光纤无光源器件之一。光纤在紫外光强激光照射下，利用光纤纤芯的光敏感特性，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化。这样，在光纤轴向上就会形成周期性的折射率波动，即为光纤光栅。由于光纤光栅具有高灵敏度、低损耗、易制作、性能稳定可靠、易与系统及其它光纤器件连接等优点，因而在光通信、光纤传感等领域得到了广泛应用。为此，本文从光纤布拉格光栅、长周期光纤光栅等光纤光栅的原理出发，综述了光纤布拉格光栅对温度、应变同时测量技术的应用。

生多种不同折射率分布的光纤光栅。光纤光栅按结构的空间周期分布是否均匀可分为周期性光栅和非周期性光栅两类。按功能可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅（又称为啁啾光栅）两类。光纤光栅传感器较光纤传感器具有很多光纤传感器所不具有的优点：①测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、设备老化等因素影响。②波分复用技术使得光纤传感器可以在一根光纤中串联多个光栅进行测量。③光纤传感器是一种过程传感器而不是状态传感器，必须得有一个状态参考点，而光栅传感器不需要有固定的参考点。

2 光纤光栅传感器基本原理

利用一宽谱光源将有一定带宽的光通过光耦合器或者光环行器入射到光纤光栅中，由于光纤光栅的波长选择性作用，使得只有满足一定条件的光能反射回来，其余的光全部被透射出去，

反射回来的光再通过耦合器或环行器送入解调装置。

光纤光栅传感器的基本原理是利用光纤光栅

的有效折射率和光栅周期对外界参量的敏感特性，将外界参量的变化转化为其布喇格波长的变化，再通过解调装置检测出反射光中心波长的移动实现对外界参量的测量。由耦合波理论可得，当满足相位匹配条件时，光栅的布喇格波长为

式中：为布喇格波长；

为纤芯的有效折射率；为光栅周期。

布喇格

波长的峰值反射率和透射率为

1 光纤光栅简述

1.1 光纤通信光纤通信是利用半导体激光器（LaserDiode，LD）或半导体发光二极管（LED）作为光源器件，把电信号转换为光信号并将其耦合进石英（或塑料）光纤中进行传输，在接收端使用半导体检测器件（检波器），如雪崩光电二极管（APD）或光电二极管（PIN）等，将光信号再还原为电信号的一种通信方式。光纤通信技术在20世纪70年代初期以其技术上的先进性和巨大的经济效益，对传统的通信手段提出了强劲的挑战。发展至今，光纤通信不但在公用通信网领域得以应用，在铁路通信、电力通信、军用通信、电力通信、有线电视等方面也得到了广泛的应用。光纤通信发展如此之快，与光纤通信技术所具有的巨大技术优势和经济效益及社会效益是分不开的。在经济方面具有频率资源丰富，通信容量大、无中继通信距离长、光纤资源丰富、抗干扰能力强，保密性能好、耐腐蚀、重量轻、体积小等优点，技术方面具有可靠性能高、扩容方便、容量大等优点。

1.2 光纤光栅激光通过光敏光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化，如这种折射率变化呈现周期性分布，并被保存下来，便成为光纤光栅（FBG）。光纤光栅的形成基于光纤的光敏性，不同的曝光条件、不同类型的光纤可产

1

式中：

为折射率最大变化量；L

为光栅

长度；为光栅周期。

光栅光纤的中心波长与温度和应变的关系为

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