说明
\Wbmmd}8 +>$]leqa 该示例演示了一种基于
光纤布拉格光栅（FBG）的温度
传感器，因为光纤折射率会随温度而变化，导致其布拉格
波长发生偏移，所以可以被用作温度的测量。（联系我们获取文章附件）
ll:UIxx 0 RUk^ 2MkrVQQ9g qQ@| Cj 综述
/ f%mYL @/2Kfr 在本示例中要考虑的光纤布拉格光栅（FBG）由具有交替折射率和恒定周期性的纤芯制成。众所周知，沿着光纤主轴的折射率变化可以在布拉格波长（λ_Bragg）下引起反向传播模式的耦合，由以下方程给出:
9T,/R1N8 Dg&84,bv^ -yqsJGY 7T~ M`$h 其中n_eff是布拉格波长下光纤基模的有效折射率，Λ是光栅的周期。均匀的FBG在布拉格波长下起到波长选择镜的作用。在沿着光纤轴的每个折射率不连续处，都会发生微弱的菲涅耳反射。当来自界面的所有反射累积时，光栅在布拉格波长周围产生一个明显由旁瓣包围的反射带。
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^ jjc U1RU2M]v 上述方程可以扩展为包括温度（T）对折射率的影响，从而包括布拉格波长：
7 Cgi& Gp"GTPT{ L@ }PW)# G7Nw}cVJ) {SoI;o_> $=aO*i Y\|#Lu>B lC i{v. 运行和结果
=ily=j"hK lqzt[z gN 步骤1:FDE-计算光栅所需的周期和温度相关有效折射率neff
lu8G $EQI u9lZHh#V- 我们首先使用FDE求解器获得目标波长下光栅的有效折射率，并计算光栅的所需周期(Λ)。我们计算高折射率区域和低折射率区域的 neff，并将其的平均值作为设计的起点。
b 2gng} . "M s7= 此案例中光纤由n=1.4725/1.4728（L/H）和R=4.8μm的纤芯和n=1.466和R=62μm的包层组成。使用脚本添加 FDE求解器，并在室温下为光栅中的两个不同位置（高折射率区域和低折射率区域）运行模拟。有效折射率的平均值用于表示光栅的总折射率，并用于估计所需的光栅周期。本例中所考虑的基模的场分布如下所示。正如预期的那样，该模式被很好地限制在光纤的核心区域。
0;Z|:\P\= RObnu* . @1+}0 \kA Dh?phV 步骤2:EME-计算光栅的温度相关透射/反射响应
TpjiKM 我们分析了光栅在多个周期内的透射/反射值，模拟区域中只包括光栅的单个周期，但通过使用“周期性”和“波长扫描”特征可以获得长光栅的宽带响应。然后，我们扫描温度，并将传输/反射响应导出为S参数，S参数可用于随后的电路模拟。
Z6!Up1 Z!p\=M,% RLF&-[mr3 N&9o 1_} k,h 602( v.0qE}'
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TcoCN @]\fO)\f 布拉格波长与温度的关系如图显示，相对于室温下的值，其在1.000摄氏度时偏移15.6纳米。
Fs+ tcr/\[ QX,$JM3 G0FzXtu)q BK$y>=
` j3-YZKpg n1[c\1 还可以得到光栅在给定温度范围内的灵敏度。灵敏度定义如下：
&kb`)F3nU P_bB{~$ 4 uF ?[H -y [%W'd9 `> 7 qKz_O 考虑到参考文献中缺乏有关材料的信息，模拟的灵敏度（9.4 pm/℃）与公布的结果(7.2 pm/℃)存在差异。这种差异可能主要来自材料
参数的差异，而参考文献中并未完全提供这些参数。
#3uv^m LGa NvK9L.K 该脚本还提取与温度相关的S参数，并将其保存为S参数文件格式（fbg_S_param_T.dat），以便在下一步进行 interconnect 电路模拟。
F(")ga$r }=R]<`Sj.j 步骤3：INTERCONNECT-光子电路模拟
h my%X`%j 使用
光学时间调制 S 参数元件将与温度相关的S参数导入 INTERCONNECT，用于模拟 FBG 温度传感器。我们扫描温度并测量传感器在不同温度下的反射
光谱。当需要附加 PIC 元件对 FBG 的整体性能的影响时，该电路模型仿真是有用的。
$8EEtr,! 3m1g" FBG 温度的电路模拟需要三个要素：
r(,U{bU< 1、光网络分析仪（ONA），既可作为
光源又可作为检测器。
C@M-_Ud>Q 2、代表 FBG 温度传感器的光学时变 S 参数元件。
V&Y`?Edc 3、用作温度控制器并连接到 FBG 温度传感器元件的直流电源。
n@p]v* ('J/Ww< 下图为电路仿真的原理图设计。按下运行按钮，模拟将计算温度传感器在25°C室温下的反射光谱。右图显示了反射率光谱，右键单击 ONA，然后显示结果即可获得反射率光谱。
R2bq hSlF fN vQ.; awLvLkQb{ W tSs:D U,GSWMI/K u@a){ A(P 接下来，在
优化和扫描选项卡中运行“Gain_vs_Temperature”扫描，以计算一系列温度的反射光谱。使用扫描参数生成可编辑温度系列的反射光谱。
Dy08.Sss Vax g ]m1fo' n ]%2Kx 下图显示了25℃至1000℃温度范围内的光谱。根据文献显示，在100℃至500℃的温度范围内，布拉格波长偏移为4nm。我们的模拟结果显示，在相同的温度范围内，4.5nm的数值相似。
w,|@e _|J z/?* h iTxWXij mF ~T?L" 参考文献：
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