簡介一套基于Matlab的光纖光柵仿真源碼包圍繞布拉格光柵FBG與長周期光纖光柵LPFG的光譜特性計算展開面向光纖通信、光學(xué)傳感及光纖激光器領(lǐng)域的研究者和高校學(xué)生可直接用于計算并繪制兩類光柵的反射譜或傳輸譜。資源共包含9個m腳本壓縮包大小僅7KB覆蓋均勻、切趾、啁啾等布拉格光柵以及溫度變化下的光譜響應(yīng)等典型模型每個文件對應(yīng)獨(dú)立功能便于按需調(diào)用和參數(shù)修改。已有294人學(xué)習(xí)下載。通過運(yùn)行源碼讀者可結(jié)合耦合模理論觀察周期、長度、折射率調(diào)制深度等參數(shù)對光譜峰值、帶寬和漂移的影響深入理解布拉格反射條件與長周期模式耦合機(jī)制也可作為科研預(yù)研或課程實(shí)驗的起點(diǎn)快速上手光纖光柵的Matlab建模仿真。特別適合光學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生用于課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計中的光柵特性分析。1. 拿著FBG去測液體折射率紋絲不動換上LPFG才偏移光纖光柵的互補(bǔ)邏輯FBG光纖光柵和LPFG長周期光纖光柵很多人一開始以為只是周期長短不同實(shí)際用起來才發(fā)現(xiàn)是完全不同的兩類傳感器。剛接觸光纖光柵的人最常見的翻車場景是把布拉格光纖光柵貼到待測液體上期待反射峰跟著折射率移動結(jié)果光譜紋絲不動換上LPFG之后透射譜確實(shí)動了可溫度一變它也東飄西飄。這篇筆記把FBG和LPFG放在一起講——它們不是競爭關(guān)系而是互補(bǔ)關(guān)系FBG擅長測溫度和應(yīng)變LPFG擅長測周圍介質(zhì)折射率串在一根光纖上可以同時把三路物理量分開。下面的內(nèi)容覆蓋選型參數(shù)、仿真腳本、串接方案和落地坑給做光纖傳感或準(zhǔn)備把光柵寫進(jìn)監(jiān)測方案的人一份能復(fù)現(xiàn)的路徑。2. 設(shè)計FBG前先看耦合模中心波長、帶寬和反射率由哪幾個數(shù)決定2.1 布拉格光纖光柵為什么對溫度和應(yīng)變敏感FBG的反射原理可以用一個極其簡潔的相位匹配條件描述λ_B 2 n_eff Λ其中λ_B是布拉格波長n_eff是纖芯導(dǎo)模的有效折射率Λ是光柵周期。典型通信光纖的n_eff在1550 nm附近約為1.448那么一個1550 nm的FBG周期只有535 nm左右屬于亞微米量級。正因為這個周期小FBG內(nèi)部發(fā)生的是前向?qū)Ｅc反向?qū)５鸟詈戏瓷渥V表現(xiàn)為一個尖銳的窄帶峰。溫度和應(yīng)變?nèi)绾胃淖儾祭癫ㄩL對上面的式子求全微分能得到工程界常用的簡化式Δλ_B / λ_B (1 - p_e) ε (α ζ) ΔTp_e是有效彈光系數(shù)對石英光纖約為0.22α是熱膨脹系數(shù)約0.55×10?? /°Cζ是熱光系數(shù)約6.4×10?? /°C。代入1550 nm可得到兩個非常好用的經(jīng)驗系數(shù)應(yīng)變靈敏度約1.2 pm/με溫度靈敏度約10.4 pm/°C。這兩個系數(shù)是所有FBG傳感方案設(shè)計的出發(fā)點(diǎn)后面做實(shí)驗標(biāo)定的時候就是用它們來核對實(shí)測值是否正常。這里要特別強(qiáng)調(diào)一個新手容易誤解的點(diǎn)FBG對外界折射率幾乎不敏感是因為導(dǎo)模的能量被約束在纖芯內(nèi)倏逝波在包層外已經(jīng)衰減殆盡。哪怕把FBG整個泡進(jìn)水里反射峰也不會移動超過幾個皮米。所以在一個折射率傳感項目里把FBG當(dāng)作主傳感器從一開始方向就錯了——FBG在這個場景的角色應(yīng)該是溫度補(bǔ)償。2.2 一個最小可運(yùn)行的FBG反射譜仿真腳本選好了中心波長、調(diào)制深度和柵區(qū)長度之后先用腳本把反射譜算出來再動手寫柵能省掉大量試錯。均勻FBG的反射譜不需要動用復(fù)雜的商業(yè)軟件用傳輸矩陣或者解析解就能算。下面這段Python腳本用的是均勻光柵的解析公式核心是耦合模方程在均勻折射率調(diào)制條件下的閉合解。import numpy as np import cmath import matplotlib.pyplot as plt # 光纖與光柵參數(shù) lambda_B 1550e-9 # 設(shè)計布拉格波長 1550 nm n_eff 1.448 # 纖芯有效折射率SMF-28典型值 dn 1.5e-4 # 折射率調(diào)制幅度紫外寫入常見量級 L 10e-3 # 柵區(qū)長度 10 mm # 波長掃描范圍 wl np.linspace(1548.5e-9, 1551.5e-9, 4000) def fbgr(wl, lambda_B, n_eff, dn, L): # 直流耦合系數(shù)描述失諧程度 sigma 2 * np.pi * n_eff * (1 / wl - 1 / lambda_B) # 交流耦合系數(shù)描述折射率調(diào)制強(qiáng)度 kappa np.pi * dn / wl R np.zeros_like(wl) for i, (sig, kap) in enumerate(zip(sigma, kappa)): # 復(fù)數(shù)傳播常數(shù)統(tǒng)一處理帶內(nèi)與帶外 gamma cmath.sqrt(kap**2 - sig**2) s cmath.sinh(gamma * L) c cmath.cosh(gamma * L) r -kap * s / (sig * s 1j * gamma * c) R[i] abs(r)**2 return R R fbgr(wl, lambda_B, n_eff, dn, L) # 打印中心反射率與3dB帶寬 peak np.max(R) idx np.argmax(R) band wl[abs(R - 0.5 * peak).argmin()] # 簡單找3dB左側(cè)邊界 print(f峰值反射率: {peak:.3f}) print(f峰值波長: {wl[idx]*1e9:.3f} nm)這段代碼的關(guān)鍵在耦合系數(shù)的處理上sigma是失諧項波長偏離布拉格波長越遠(yuǎn)sigma越大kappa是折射率調(diào)制幅度的直接體現(xiàn)dn越大纖芯里被反射回來的能量越強(qiáng)。gamma取復(fù)數(shù)是為了讓公式同時覆蓋禁帶內(nèi)與禁帶外兩個區(qū)域避免了分段判斷。如果手頭沒有matplotlib把R輸出成CSV文件導(dǎo)入任何繪圖工具也一樣用。用上面這組參數(shù)跑出來的結(jié)果中心反射率約0.963dB帶寬約0.25 nm這是一個典型的10 mm柵區(qū)、中等調(diào)制深度的FBG。如果實(shí)際寫柵后測到的帶寬比仿真寬很多大概率是光柵非均勻或者包層模耦合漏掉了。2.3 三個必調(diào)參數(shù)中心波長、3dB帶寬、峰值反射率FBG設(shè)計時真正要拍板的參數(shù)就三個中心波長、3dB帶寬、峰值反射率。它們之間存在耦合關(guān)系不能孤立地定。中心波長直接由相位掩膜板的周期決定選1550 nm還是1310 nm取決于解調(diào)儀的光源范圍和待測對象的譜線干擾。如果用光譜儀加寬帶光源建議讓FBG反射峰避開光源的ASE尖峰和熔接點(diǎn)的菲涅爾反射區(qū)。3dB帶寬主要受兩個因素控制柵區(qū)長度越長光譜越窄折射率調(diào)制越深光譜先變窄后展寬。弱調(diào)制條件下帶寬與柵長近似成反比所以做高精度應(yīng)變測量時喜歡用20 mm以上的長柵但代價是空間分辨率下降。分布式應(yīng)變測量里空間分辨率由柵長決定這個trade-off要在方案設(shè)計階段就寫清楚。峰值反射率由dn和L的乘積決定。dn1e-4、L5 mm時的反射率只有約0.08而dn2e-4、L10 mm時輕松超過99%。實(shí)際工程里不建議追99.9%的極致反射率因為過強(qiáng)的折射率調(diào)制會導(dǎo)致光譜邊模振蕩反射峰兩側(cè)出現(xiàn)不規(guī)則的旁瓣給多光柵復(fù)用帶來麻煩。我一般把目標(biāo)定在70%到95%之間既能保證信號強(qiáng)度邊模也能控制在可接受范圍。3. LPFG的周期與相位匹配為什么100μm量級光柵能感知折射率3.1 LPFG和FBG的本質(zhì)差異前向耦合決定了折射率敏感LPFG的周期通常在100 μm到500 μm之間比FBG大兩個數(shù)量級。周期不同耦合的對象就完全不同F(xiàn)BG把前向?qū)ｑ詈系椒聪驅(qū)PFG把纖芯基模耦合到同向傳輸?shù)陌鼘幽?。包層模不像?dǎo)模那樣被約束在纖芯內(nèi)它的倏逝場會一直延伸到包層外表面因此外界介質(zhì)的折射率會直接影響包層模的有效折射率。正是這個機(jī)制讓LPFG對外界折射率高度敏感。當(dāng)環(huán)境折射率從1.33變化到1.44附近時LPFG諧振峰的偏移可以達(dá)到幾十納米比FBG對折射率的響應(yīng)大四到五個數(shù)量級。代價是LPFG的透射譜帶寬很寬單峰動輒十幾納米沒法像FBG那樣在一根光纖里密集復(fù)用。LPFG的諧振波長滿足相位匹配條件λ_res (n_core - n_clad,m) Λ這里的n_clad,m是第m階包層模的有效折射率不是包層材料的折射率。工程上說的階數(shù)決定諧振峰的個數(shù)和位置同一個LPFG周期高階包層模的n_clad,m更小諧振波長更長。設(shè)計時選哪個模式取決于這個模式對外界折射率的靈敏度曲線。3.2 手算諧振波長波長-周期曲線怎么用設(shè)計LPFG的第一步通常是手算一個粗略的諧振波長再用仿真軟件精修。核心公式就一個λ_res (n_core - n_clad,m) Λ公式看起來簡單難點(diǎn)在n_clad,m的取值。拿SMF-28來說1550 nm附近的基模有效折射率n_core約1.446二階包層模的有效折射率大約在1.444到1.445之間具體值由波長、模式和外界折射率共同決定。如果手頭沒有模式求解工具可以從文獻(xiàn)數(shù)據(jù)或者用Bessel函數(shù)特征方程自己算。舉個例子想要諧振波長落在1550 nm附近取n_core - n_clad,m 0.0062那么周期Λ 1550 nm / 0.0062 ≈ 250 μm。這是一個非常典型的LPFG設(shè)計周期。寫柵的時候掩膜板周期稍微偏一點(diǎn)諧振波長就會大幅漂移——這既是LPFG難寫的地方也是它能做高靈敏度折射率傳感的原因。需要提醒的是這個式子里的n_core和n_clad,m都隨波長變化所以λ_res和Λ不是嚴(yán)格線性關(guān)系。真要精確設(shè)計必須把Sellmeier色散方程代進(jìn)去做迭代求解。下面給一段可直接運(yùn)行的波長-周期計算代碼。import numpy as np # Sellmeier 系數(shù)純石英近似值 B1, C1 0.6961663, 0.0684043**2 B2, C2 0.4079426, 0.1162414**2 B3, C3 0.8974794, 9.896161**2 def n_silica(wl_um): # wl_um 單位是微米 w2 wl_um**2 return np.sqrt(1 B1*w2/(w2-C1) B2*w2/(w2-C2) B3*w2/(w2-C3)) # 纖芯摻鍺折射率略高于純石英 def n_core(wl_um): return n_silica(wl_um) 0.005 # 典型Δn0.005 # 包層模有效折射率使用近似表達(dá)式精確值需要模式求解 def n_clad_m_approx(wl_um, m): # 簡化近似包層模有效折射率隨波長單調(diào)下降 # 這里用基準(zhǔn)點(diǎn) 線性斜率模擬實(shí)測值需用特征方程求解 return n_silica(wl_um) - 0.0012 - 0.00008 * m # 計算相位匹配曲線 def phase_matching(wl_target_nm, m): wl_um wl_target_nm / 1000.0 nc n_core(wl_um) ncm n_clad_m_approx(wl_um, m) Lambda wl_target_nm / (nc - ncm) # 單位 nm return Lambda for m in range(2, 7): lam 1550.0 Lambda phase_matching(lam, m) print(fm{m}: 周期 {Lambda:.1f} μm, dn_eff{0.005 0.0012 0.00008*m:.5f})這段腳本沒有精確求解包層模的有效折射率而是用一個線性近似模型演示設(shè)計流程。真正做產(chǎn)品時n_clad_m要用三層波導(dǎo)特征方程去求Bessel函數(shù)根或者直接用COMSOL、OptiGrating這類工具。但即便用近似值也能把周期估算到正負(fù)幾十微米內(nèi)足夠決定該買什么周期的掩膜板了。3.3 LPFG透射譜的簡化仿真LPFG的透射譜仿真比FBG麻煩得多完整做法需要求解耦合模方程組把基模和多個包層模之間的能量交換全算進(jìn)去。工程上有一個足夠用的簡化把每個包層模對應(yīng)的諧振峰看成獨(dú)立的洛倫茲型凹陷透射譜是多個凹陷的乘積。這種近似在弱耦合和低包層模密度條件下誤差不大。import numpy as np def lpfg_transmission(wl, n_core_val, n_clad_eff_list, Lambda, L, kappa_list): LPFG透射譜簡化模型每個包層模對應(yīng)一個洛倫茲型凹陷 適用于弱耦合、諧振峰不重疊的常規(guī)設(shè)計 T np.ones_like(wl) for n_clad_eff, kappa in zip(n_clad_eff_list, kappa_list): lam_res (n_core_val - n_clad_eff) * Lambda # 相位失配項 delta 2 * np.pi * (n_core_val - n_clad_eff) * (1 / wl - 1 / lam_res) gamma np.sqrt(kappa**2 delta**2) # 交叉耦合功率 P (kappa / gamma * np.sin(gamma * L))**2 T * (1 - P) return T # 參數(shù)設(shè)置 wl np.linspace(1400e-9, 1700e-9, 10000) # 掃描 1400-1700 nm n_core 1.4495 # 纖芯有效折射率 1550 n_clad_list [1.4408, 1.4385, 1.4338] # 不同包層模有效折射率示意值 Lambda 250e-6 # 周期 250 μm L 30e-3 # 柵區(qū)長度 30 mm kappa_list [8.0, 6.5, 5.0] # 每個模式的耦合系數(shù)單位 1/m T lpfg_transmission(wl, n_core, n_clad_list, Lambda, L, kappa_list) print(f最小透射率: {T.min():.3f})這個模型的物理含義很直接每個包層模對應(yīng)一個諧振波長kappa越大該模式的能量耦合越強(qiáng)凹陷越深柵區(qū)長度L越長模式間的能量交換越徹底。工程上寫LPFG時如果發(fā)現(xiàn)諧振峰深度不夠最常見的手段就是增加曝光長度或者加大折射率調(diào)制。不過耦合過強(qiáng)會導(dǎo)致諧振峰變形甚至分裂這是LPFG設(shè)計和寫制中最常踩的坑之一。4. FBGLPFG串接一根光纖上溫度和折射率怎么分工測量4.1 兩段光柵串接后光譜怎么讀把FBG和LPFG串在同一根光纖上可以在一段光纖上同時獲得兩類傳感信息。常見的接法是寬帶光源從一端注入光先經(jīng)過LPFG段再經(jīng)過FBG段另一端接光譜儀讀透射光譜。光譜儀上會同時出現(xiàn)LPFG寬達(dá)十幾納米的諧振凹陷和FBG只有零點(diǎn)幾納米的尖銳凹陷兩者互不干擾。讀譜的方式要根據(jù)解調(diào)設(shè)備區(qū)分。如果用的是光譜儀直接跟蹤兩個凹陷的中心波長就行。如果用的是FBG解調(diào)儀需要注意大部分解調(diào)儀只能識別反射峰對LPFG這種透射型光柵無解這時需要在光纖末端加反射鏡或者用法布里-珀羅結(jié)構(gòu)把透過光變成反射光。我一般建議在方案驗證階段直接用光譜儀帶寬覆蓋1400 nm到1600 nm一版光譜就能把兩個光柵的信號都看清。FBG的溫度靈敏度約10.4 pm/°CLPFG的溫度靈敏度則要看包層模階數(shù)和外界折射率常見值在10 pm/°C到80 pm/°C之間。兩者對溫度都敏感對折射率的響應(yīng)卻差了幾百倍。這就帶來一個明確的信號分工FBG的波長變化主要?dú)w因于溫度和應(yīng)變LPFG的波長變化主要?dú)w因于折射率和溫度。把FBG當(dāng)作溫度參考在FBG不感受應(yīng)變的安裝方式下可以從LPFG的讀數(shù)里扣除溫度貢獻(xiàn)。4.2 波長規(guī)劃FBG反射峰必須避開LPFG凹陷的三個約束串接之后不是隨便選波長就能用規(guī)劃不當(dāng)光譜會互相污染。第一個約束是FBG的工作波長不能落在LPFG諧振峰的半高寬范圍內(nèi)。LPFG凹陷動輒十幾納米寬FBG反射峰一旦落進(jìn)它的底部光譜疊加后FBG凹陷會被淹沒解調(diào)時峰值定位會產(chǎn)生偏移。第二個約束是LPFG諧振波長隨折射率變化會大幅度漂移標(biāo)定條件下避開的距離不足以應(yīng)對測量范圍工作波長應(yīng)設(shè)計在LPFG凹陷邊緣的延伸區(qū)之外。第三個約束是FBG的邊模和反射次峰不能用強(qiáng)調(diào)制FBG邊?？赡苎由斓絃PFG凹陷里選型時優(yōu)先用切趾FBG或者降低折射率調(diào)制。實(shí)際項目里常見的波長分配是LPFG諧振波長放1530 nm附近FBG反射峰放1555 nm附近中間留下至少15 nm的凈空。測折射率最大偏移超過20 nm的應(yīng)用就要把LPFG放到1510 nm以下或者選擇折射率靈敏度更低的包層模來壓住偏移量。4.3 解調(diào)方案的成本與精度取舍串接方案選解調(diào)儀有個繞不開的取舍光譜儀便宜直觀但精度受像素間距限制通用機(jī)型橫向分辨率約0.2 nm光纖光柵解調(diào)儀精度能做到1 pm但價格翻幾倍且不認(rèn)透射光譜。一種折中方案是用CCD光譜儀加高斯擬合算法對FBG凹陷做亞像素插值可以在不換硬件的條件下把定位精度提到幾個皮米量級。處理LPFG凹陷時洛倫茲擬合比高斯擬合更可靠因為LPFG諧振峰偏離理想對稱線型時洛倫茲擬合的殘差更小。我的做法是先把光譜做基線扣除再用三點(diǎn)重心法做粗定位最后在粗定位波長附近做洛倫茲精擬合。這一套在純Python里就能實(shí)現(xiàn)不需要專用軟件。下面這段代碼演示了重心法的核心邏輯。import numpy as np def peak_center_by_centroid(wl, T, search_range): # 限制搜索范圍避免把噪聲包進(jìn)去 mask (wl search_range[0]) (wl search_range[1]) wl_m wl[mask] T_m T[mask] # 凹陷深度權(quán)重反轉(zhuǎn)后做重心 depth 1 - T_m # 去掉基線偏置只用凹陷的深度做加權(quán) depth depth - depth.min() if depth.sum() 1e-12: return np.nan center np.sum(wl_m * depth) / np.sum(depth) return center # 示例搜索 1525-1545 nm 范圍內(nèi)的LPFG凹陷中心 center peak_center_by_centroid(wl, T, [1525e-9, 1545e-9]) print(fLPFG凹陷中心: {center*1e9:.2f} nm)這個重心定位的誤差來源主要是基線不平整和凹陷重疊。寫LPFG時光譜基線往往帶著寬帶光源的ASE起伏必須先做平滑和基線扣除再做重心計算不然重心會被光源輪廓帶偏。5. 光纖光柵落地避坑寫柵、退火和串接的踩坑記錄5.1 寫柵后反射峰消失光譜上只有平整基線現(xiàn)象紫外曝光完成后立刻接光譜儀測FBG應(yīng)該出現(xiàn)的反射峰完全不見整條光譜平坦得像沒寫過柵。原因最常見的是相位掩膜板與光纖貼得太緊或太松導(dǎo)致寫入的條紋對比度極低。掩膜板與光纖接觸過緊時高階衍射條紋被抹平距離過遠(yuǎn)則相干條紋消失。另一個高頻原因是光纖的載氫處理失效光敏性不足紫外光寫不動。解決先把掩膜板與光纖的間距控制在50 μm到100 μm之間重新曝光一段短柵做測試。如果還不行檢查紫外激光器的平均功率和重復(fù)頻率功率密度建議保持在200 mW/mm2以上。寫完后不要馬上測光譜先做24小時自然老化或者快速退火再看因為剛寫完的柵區(qū)有大量不穩(wěn)定缺陷光譜會邊漂邊變。5.2 反射峰中心波長天天漂今天1550.2明天1550.8現(xiàn)象同一只FBG在相同溫度下中心波長每天漂移幅度超過0.5 nm完全沒法做定量測量。原因紫外寫入過程中光纖內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力梯度和未穩(wěn)定的缺陷中心。沒有經(jīng)過退火的光柵內(nèi)部結(jié)構(gòu)在室溫下會持續(xù)緩慢弛豫波長隨弛豫過程移動。解決寫柵后必須做退火。常見做法是80°C到120°C下保溫4到12小時然后再測常溫波長。退火后的光柵短期穩(wěn)定性能做到正負(fù)幾個皮米。這個后悔藥一定要在標(biāo)定之前吃否則后面所有標(biāo)定數(shù)據(jù)全部作廢。5.3 LPFG諧振峰太淺透射譜上只有0.5 dB的凹陷現(xiàn)象設(shè)計的諧振波長位置有反應(yīng)但凹陷深度只有0.5 dB反射率太低信噪比不足以支撐測量。原因耦合系數(shù)偏小通常是折射率調(diào)制幅度不夠或者柵長過短。也可能是選用的包層模階數(shù)本身耦合強(qiáng)度就低能量從基模耦合到該模式的比例很小。解決先加曝光時間把折射率調(diào)制做大觀察凹陷深度是否同步上升。如果提升不明顯說明模式選擇有問題換成低階包層模重新匹配周期。寫LPFG比寫FBG更依賴試錯每寫一版就做一次光譜記錄把周期、曝光劑量和凹陷深度對應(yīng)起來查。5.4 串接后兩個凹陷互相干擾FBG凹陷旁邊冒出不認(rèn)識的次峰現(xiàn)象FBG與LPFG串接后FBG反射峰出現(xiàn)在透射譜中時旁邊多出一串不規(guī)則的尖峰嚴(yán)重時主峰定位都受影響。原因FBG折射率調(diào)制過深產(chǎn)生邊模振蕩或者是LPFG的包層模與FBG的包層模之間發(fā)生了二次耦合。串接后兩個光柵距離太近耦合還會疊加。解決把兩個柵區(qū)的間距拉開到1米以上消除近場耦合。FBG寫入時降低調(diào)制深度讓峰值反射率控制在90%以下削弱邊模。如果項目允許優(yōu)先選擇切趾FBG邊模能被壓到主峰下30 dB以上。5.5 溫度補(bǔ)償怎么算都不對FBG和LPFG測出的溫度差好幾度現(xiàn)象同一水浴里用FBG算出的溫度和用LPFG算出的溫度不一致差3°C到5°C。原因兩個光柵對溫度的響應(yīng)曲線不是同一條。LPFG的溫度靈敏度強(qiáng)烈依賴包層模階數(shù)和環(huán)境折射率環(huán)境折射率變化時溫度靈敏度也跟著變。直接用固定溫度系數(shù)做補(bǔ)償超出標(biāo)定區(qū)間自然對不上。解決在目標(biāo)測量范圍內(nèi)做矩陣標(biāo)定把溫度、折射率兩維的變化同時記錄下來得到交叉靈敏度矩陣而不是單一系數(shù)。使用的時候用FBG的溫度讀數(shù)先算溫度修正項再解LPFG的折射率。這個順序不能反過來因為FBG對折射率不敏感它的溫度讀數(shù)是干凈的。6. 驗證FBGLPFG方案能不能用三個低成本標(biāo)定實(shí)驗6.1 千分尺拉伸臺應(yīng)變系數(shù)實(shí)測對照1.2 pm/με把一個FBG粘在鋁梁表面梁的一端固定另一端用千分尺推進(jìn)每次給10 με的增量記錄中心波長。實(shí)測斜率如果落在1.15到1.25 pm/με之間說明光柵寫制和退火工藝正常。偏離這個區(qū)間首要懷疑粘貼膠層蠕變其次是光柵沒有完全粘貼平直。6.2 蔗糖溶液梯度LPFG折射率靈敏度測定配一組10%到50%的蔗糖溶液折射率從1.3479變到1.4201把LPFG段浸泡在溶液里記錄諧振波長。逐點(diǎn)擬合出波長-折射率曲線。這條曲線注意不要外推到包層折射率1.444以上接近包層折射率時靈敏度急劇上升曲線非線性非常強(qiáng)標(biāo)定區(qū)間必須覆蓋實(shí)際測量區(qū)間。6.3 水浴溫度實(shí)驗交叉驗證兩個光柵的溫漂把串接好的光柵放入恒溫水浴從25°C加熱到60°C每5°C記錄一次兩個凹陷的中心波長。用FBG段的數(shù)據(jù)算出實(shí)際溫度系數(shù)再把這個系數(shù)代入LPFG段的溫度修正公式里檢驗修正后的LPFG讀數(shù)是否還能在純水中回到初始折射率。這個實(shí)驗?zāi)芤淮涡员┞稖囟妊a(bǔ)償矩陣的錯誤。三個實(shí)驗做完這套FBGLPFG方案能不能投入現(xiàn)場就有數(shù)了。我自己的習(xí)慣是每次標(biāo)定都保留原始光譜文件隨時可以回查當(dāng)時基線的形狀因為光柵老化后回看標(biāo)定記錄是判斷數(shù)據(jù)是否可信的唯一依據(jù)。光纖光柵這東西很多問題到現(xiàn)場才暴露但基礎(chǔ)扎實(shí)的標(biāo)定能幫你把排查范圍縮到最小。希望這些筆記能幫你在寫柵和標(biāo)定路上少走幾步少燒幾段寶貴的特種光纖。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取