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2023-06-08 12:18 |
Ansys Lumerical | 光纤布拉格光栅温度传感器的仿真模拟
说明 3,B[%!3d 6l $o^R^D 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) t(MlZ>H jr:LLn#} [attachment=118385] .9g\WH#qD| }q
?iJ?P 综述 /bylA`IMW S["
&8Fy 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: <s#}`R.#2 d*,|?Ar*b [attachment=118386] I>-jKSkwc 6CU8BDN 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。 xt"/e-h} m|"MJ P 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: ]3QQ"HLcp *<#&ne8 [attachment=118387] +V8yv-/{ .+B)@? [attachment=118388] 3G8uXB_`} nhCB])u8l [attachment=118389] I"JT3[*s $9 DZ5" 运行和结果 z4J-qK~2 ccm <rZ7 步骤1:FDE-计算光栅所需的周期和温度相关有效折射率neff r$\g6m h=4{.EegG& 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。 );|~4# c*1x*'j. 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。 t8)Fkx#8} u%[*;@;9+ [attachment=118390] #lLL5ji -GKelz?h> 步骤2:EME-计算光栅的温度相关透射/反射响应 puqH%m+u 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。 j ^!J:Bj &GD7ldck [attachment=118391] |_=jXf\TL VBCj.dw [attachment=118392] *BO4"3Z WAdl@){ [attachment=118393] &1':s|c 9wb$_j]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。 Ixec]UOS CWN=6(y [attachment=118394] *< | |