说明
I3s'44 ]!0 BMZmf 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）
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-&@[]/ E8#y9q 综述
|LiFX5!\ hTH"jAC+ 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:
B_c(3n-" sW |u}8` 
SJIJV6}H =:o)+NE 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。
AY,6D dw
&=@ R, 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：
V>4 !fD= UU$ +DL 
efZdtrKgy S S(jjpe&, 
~8}"X] 4 ~O |j*T 
F#Z]Xq0r F''4 j8 运行和结果
8t9sdqM/C NM[w = 步骤1:FDE-计算光栅所需的周期和温度相关有效折射率neff
QF!K$?EU[ :t^=~x O9 我们首先使用FDE求解器获得目标波长下光栅的有效折射率，并计算光栅的所需周期(Λ)。我们计算高折射率区域和低折射率区域的 neff，并将其的平均值作为设计的起点。
an0@Ek Z bZ )3{ 此案例中光纤由n=1.4725/1.4728（L/H）和R=4.8μm的纤芯和n=1.466和R=62μm的包层组成。使用脚本添加 FDE求解器，并在室温下为光栅中的两个不同位置（高折射率区域和低折射率区域）运行模拟。有效折射率的平均值用于表示光栅的总折射率，并用于估计所需的光栅周期。本例中所考虑的基模的场分布如下所示。正如预期的那样，该模式被很好地限制在光纤的核心区域。
.E[k}{k,
2Xe2 %{ 
PN+,M50;1 3_vggK% 步骤2:EME-计算光栅的温度相关透射/反射响应
=xai 7iM 我们分析了光栅在多个周期内的透射/反射值，模拟区域中只包括光栅的单个周期，但通过使用“周期性”和“波长扫描”特征可以获得长光栅的宽带响应。然后，我们扫描温度，并将传输/反射响应导出为S参数，S参数可用于随后的电路模拟。
z4H!b+ h`&mW w 
-wvJZ ++Az~{W7 
~ EE*/vX @*A(#U8p3 
)Ky 0q-W >SSF:hI"J 布拉格波长与温度的关系如图显示，相对于室温下的值，其在1.000摄氏度时偏移15.6纳米。
Ca?pK_Y /ExnW >wT 
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"wBX O:p~L`o>> 
vnXpC!1 w}oH]jVKL6 还可以得到光栅在给定温度范围内的灵敏度。灵敏度定义如下：
[u,B8DX u+XZdV 
pz.<5 
gLd3,$ Ei X(g<rz1J] 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。
5x4(5c5^ ;h0?o*i_ 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} s!>j .CwMxuW 步骤3：INTERCONNECT-光子电路模拟
7}TjOWC 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。
0#XZ_(@% 1=W>zC FBG 温度的电路模拟需要三个要素：
k@KX=mG< 1、光网络分析仪（ONA），既可作为
光源又可作为检测器。
C O 5?UgA 2、代表 FBG 温度传感器的光学时变 S 参数元件。
j Dy 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。
rf^1%Zo: t4F 1[P 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。
=GFlaGD o )Ob }j 
xqM R[W\x LD]XN'?"W 
w9c DFqXZfjm 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。
L!-T`R8'c "m/0>UU0 
Q 4_j `q v3.JG]zLpP 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。
,#D &* "mHSbG 
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