一、光纤传感器的原理性研究
1、光纤布拉格光栅
光纤布拉格光栅FBG于1978年问世,这种简单的固有传感元件,可利用硅光纤的紫外光敏性写入光纤芯内。
光纤光栅除了具备光纤传感器的全部优点之外,还拥有自定标和易于在同一根光纤内集成多个传感器复用的特点。
光栅传感器可拓展的应用有许多,如将分布式光纤光栅传感器嵌入材料中形成智能材料,可对大型构件的载荷、应力、温度和振动等参数进行实时 监测;光栅也可以代替其它类型结构的光纤传感器,用于化学、压力和加速度传感中。
长周期光栅是指周期大于100μm的光栅,也是继FBG之后光纤光栅型传感器的另一个重要分支。由于测量利用包层膜祸合的原理,使其同时具备灵敏度优良和制作简便的优势。
2、分布式光纤传感系统
在世界范围内,由于对工民建和工业设施 性和效益要求的不断提高,对集成的 检测系统的需求逐步攀升。具备可连续、无间断、长距离测量并与被测量介质有的亲和性的分布式光纤传感系统似乎正是为此而量身定做的。分布式光纤传感系统通常有三种类型:拉曼型、布里渊型和FBG型。
拉曼型分布式光纤传感系统是基于光纤拉曼散射效应的连续型传感器。三种类型的传感系统的应用都己见诸于报道。其中尤以拉曼型分布式传感系统 为成熟,己成功地装载于A340运输机上。
FBG型分布式传感系统在应力多点分布式测量中有独到的优点,并可同时完成温度和应力的双参量测量,为FBG应用开辟了 为广阔的前景。
二、新型光纤材料与器件
光纤通信的迅猛发展带动新型光纤器件和材料的不断涌现,为光纤传感系统的提供了 的基础。新型材料光纤和新型结构光纤前景看好。
以SiO2材料为主的光纤,目前所能达到的 低理论损耗在1550nm波长处为0.16dB/km,己接近石英光纤理论上的 低损耗 ,成为满足超宽带宽、超低损耗、高码速通信需要新型基体材料的光纤。
氟化物玻璃光纤是当前研究 多的超低损耗远红外光纤。硫化物玻璃光纤具有较宽的红外透明区域,有利于多信道复用,其温度对损耗的影响较小,是非常有前途的光纤。而且,硫化物玻璃光纤具有很大的非线性系数,用它制作的非线性器件,可以地提高光开关的速率,使开关速率达到数百Gb/s以上。重金属氧化物玻璃光纤具有优良的化学稳定性和机械物理性能,若把卤化物玻璃与重金属氧化物玻璃的优点结合起来,制造成性能优良的卤一重金属氧化物玻璃光纤,将具有重要意义。
的应用环境对光纤有的要求,石英光纤的纤芯和包层材料具有很好的耐热性,耐热温度达到400~500,所以光纤的使用温度取决于光纤的涂覆材料。目前,梯型硅氧烷聚合物(LSP)涂层的热固化温度达400以上,600时的光传输性能和机械性能仍然很好。采用冷的体在热的光纤表面进行非均匀成核热化学反应(HNTD),然后在光纤表面进行裂解生成碳黑,即碳涂覆光纤。碳涂覆光纤的表面致密性好,具有的扩散系数,而且可以光纤表面的微裂纹,解决了光纤的“疲劳”问题。
另一方面,光纤的结构决定了光纤的传输性能,合理的折射率分布可以减少光的衰减和色散的产生,并增加光能量的传输。随着光纤通信系统的发展,出现了DFF(色散平坦光纤)。为了DWDM系统能够在尽可能宽的可用波段上进行波分复用,各个公司都致力于OH-吸收峰,己出的“无水峰光纤”,可实现1350nm~1450nm第五窗口的实际应用。 Lucent公司出的AllWave光纤,克服了OH-的谐波吸收,从而实现了1280nm~1625nm范围内完整波段的利用。为了适应相干通信系统的要求,己经研制出了“熊猫”型、“蝴蝶结”型和“扁平”型的高双折射保偏光纤,另外具有“边坑”型的单模单偏振保偏光纤,以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等等,这些都将为光纤传感器的发展提供 加广泛的选择。