LPFG 镀层参数对其折射率传感特性的仿真分析

周 艳,王天根,郭 冰

(中国计量大学,浙江 杭州 310018)

1 引 言

光纤因其具有携带信号量大、损耗低、抗电磁干扰等特性而在现代通信及传感领域得到了广泛应用。光纤光栅是采用相位掩膜、直接写入、光纤刻槽拉伸、微透镜阵列等方法使一定长度范围内的纤芯区域发生周期性折射率的改变,而形成的一种新型的光纤器件。按照折射率调制周期的大小可分为光纤布拉格光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG),LPFG具有特殊的相位匹配条件[1],并且可通过腐蚀包层、镀膜、级联等方式改变其结构参数,使其可根据具体测量要求不断进行优化以提高测量精度和灵敏度。

工业生产中液体浓度的检测监控必不可少,但在测量环境为诸如矿井、油田等易燃、易爆、强电磁干扰时,或者被测对象为毒性、腐蚀性等不宜接触的液体时,除了要求传感元件的精确度和灵敏度外,还要求其具有防爆、防磁、抗干扰等特性[2]。LPFG对周围介质折射率、浓度的变化非常敏感[3],因此研究长周期光纤光栅对外界环境折射率或浓度的响应规律,对实现特殊环境下或特殊特体物质的浓度即折射率的检测具有重要意义。

2 镀金属膜LPFG传感机理

当光纤中被写入光栅后,纤芯折射率沿轴向发生周期性改变,使得纤芯基模耦合进同向传输的包层模式,并在传输一定的距离后,满足谐振条件的特定波长的光发生明显衰减,在光谱中形成透射峰。又因其包层模式众多,在一定波长范围内,凡是波长满足谐振条件的光都会发生损耗,故在传输谱中一般会形成多个损耗峰。……