说明
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p IW!x!~e 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)
s`=| D'G(= f4 S:L& 8*u'D@0 HjA~3l7 综述
Hj>9 #>b 5Jo'h] 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:
K*j
OrQf` *,G<X^ ;>Z+b#C[ s U`#hL6; 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。
RL4|!HzR Z0Sqw 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:
B0b|+5WhR _m?i$5 []@@ MXaik+2 e">&B]#} 0x~+=GUN ]~]TZb F'[Y.tA ,# 运行和结果
#9TL5-1y (nLzWvN 步骤1:FDE-计算光栅所需的周期和温度相关有效折射率neff
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9'99 RjVUm+< 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。
1sg:8AA WVyDE1K< 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。
{D8opepO) ~s&r.6DW <7`k[~)VB %R4 \[e 步骤2:EME-计算光栅的温度相关透射/反射响应
!QVhP+l'H 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。
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