光学工程专业优秀论文光学工程专业优秀论文 耐高温光纤光栅传感器的研究耐高温光纤光栅传感器的研究关键词：光纤光栅关键词：光纤光栅 光敏性光敏性 化学组分光栅化学组分光栅 温度传感器温度传感器 应变传感器应变传感器 高温环境高温环境摘要：光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测 量、抗电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领 域。然而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。 为了将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温 退火工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学 组分的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作 出化学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是 靠纤芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定 性，能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特 性，研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范 围内具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温 度变化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射 率的方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和 度和初始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述 结论对提高 CCG 反射率具有重要指导意义。正文内容正文内容光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、 抗电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。 然而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为 了将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退 火工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组 分的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出 化学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠 纤芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的 方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗 电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。然 而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会 消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为了 将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退火 工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组分 的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出化 学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠纤 芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的 方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗 电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。然 而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会 消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为了 将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退火 工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组分的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出化 学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠纤 芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的 方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗 电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。然 而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会 消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为了 将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退火 工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组分 的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出化 学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠纤 芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的 方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗 电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。然 而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会 消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为了 将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退火 工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组分 的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出化 学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠纤 芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗 电磁干扰、抗腐蚀、结构简单、尺寸小等优点而被广泛地应用于传感领域。然 而，由于 FBG 并不是一个永久性的结构，当长时间工作在高温环境下时 FBG 会 消失或被“洗掉” 。因此， FBG 传感器一般只能适用于较低温度的环境。为了 将其应用扩展到高温领域，急需研制耐高温光纤光栅。 本论文采用高温退火 工艺对特种掺杂光纤光栅进行热处理，利用杂质扩散效应造成纤芯中化学组分 的空间周期性分布，由此形成纤芯折射率的空间周期性调制，成功地制作出化 学组分光栅(chemical-composition grating-CCG)。由于其折射率调制是靠纤 芯中化学组分的周期性分布形成的，因此这种光纤光栅具有极好的热稳定性， 能够耐 1000以上高温。在此基础上研究了 CCG 的温度响应和应变响应特性， 研究了温度对 CCG 应变响应特性的影响。结果表明 CCG 在室温至 1100范围内 具有良好的温度响应特性，能够用于高温测量。CCG 应变响应系数不随温度变 化，其应变响应系数与普通光栅相当，能够满足高温热结构健康监测需要。 由于 CCG 的反射率比较低，一般不超过 20，本文还探讨了提高 CCG 反射率的 方法和途径，研究了氢气饱和度、初始光栅强度和紫外激光脉冲能量对 CCG 反 射率的影响。结果表明：要提高 CCG 反射率，应尽可能地提高氢气饱和度和初 始光栅强度，而且在写制初始光栅时应采用尽可能小的激光能量。上述结论对 提高 CCG 反射率具有重要指导意义。 光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating-FBG)传感器由于具有波长编码测量、抗