光纤布拉格光栅的光学传感技术

在方程 (1)中，λb 是布拉格波长，n 是光纤纤芯的有效折射率，而 Λ 是光栅之间的间隔长度，称为光栅周期。

图2.光纤布拉格光栅传感器的工作原理

因为布拉格波长是光栅之间的间隔长度的函数(方程 (1) 中的Λ)，所以光纤布拉格光栅可以被生产为具有不同的布拉格波长，这样就能够使用不同的光纤布拉格光栅来反射特定波长的光波。

图3.光纤布拉格光栅透视图

应变以及温度的改变会同时影响光纤布拉格光栅有效的光折射率 n 以及光栅周期Λ ，造成的结果就是光栅反射光波波长的改变。光纤布拉格光栅反射波长随应变和温度的变化可以近似地用方程 (2) 中的关系来表示：

其中 Δλ 是反射波长的变化而 λo 为初始的反射波长。

右边加号前的第一个表示式表示的是应变的变化对反射波长的影响。其中  pe 是应变光学灵敏系数，而 ε 是光栅所受到应变影响。加号后面的第二个表达式表示的是温度的变化对波长造成的影响。其中 αΛ 是热膨胀系数而 αn 是温度光学灵敏系数。αn 体现了光折射率因为温度变化造成的影响而 αΛ 体现了同样的温度变化造成的光栅周期的改变。

正因为光纤布拉格光栅会同时受到应变和温度变化的影响，所以在计算反射波长变化的时候既要同时考虑这两种因素，又要分别对其进行分析。当进行温度测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下。你可以使用为此专门进行封装的FBG温度传感器，这种传感器能保证封装内部光纤布拉格光栅的属性不会耦合于任何外部的弯曲，拉伸，挤压或扭曲应变。在这种情况下，玻璃的热膨胀系数 αΛ 通常在实用中是可以忽略的；所以，因温度变化而造成的反射波长的改变就可以主要由该光纤的温度光学灵敏系数 αn 来决定了。