通过对长周期光纤光栅(LPFG)与Bragg光纤光栅(FBG)级联结构进行研究,利用传输矩阵法详细分析了正反向芯模与包层模之间的耦合机理,得到结构参数改变对级联光栅传输谱的影响规律,并对其温度和折射率传感特性进行探讨.实验室成功制备了LPFG-FBG级联光栅,观察到明显的耦合双峰现象.理论分析和实验结果表明,双峰中由FBG芯模与包层模耦合形成的谐振峰对折射率不敏感,而由LPFG包层模与FBG芯模前后向耦合形成的谐振峰对折射率敏感,且二者对温度变化具有相同响应.利用此特性,可实现温度与折射率的同时测量,且能消除温度变化的影响,实现温度自补偿的折射率传感. 于浓度、生物量等以折射率为基础的传感测量．1LPFG-FBG级联光栅理论1．1LPFG-FBG光栅结构与耦合机理LPFG-FBG光栅级联结构如图1所示．光束到达LPFG之前，芯模被束缚在纤芯，进入LPFG后会同时存在前向传输的芯模和包层模两种模式光栅传感特性研究-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动滚圆机滚弧机折弯机，而光经过LPFG没有达到满耦合且FBG的谐振波长位于LPFG的谐振波长带宽范围内时，进入到FBG的纤芯模式会被FBG反射，一部分直接沿着纤芯传播如(a)，一部分被耦合到包层中本文由张家港弯管机网站

转载中国知网整理!www.wangaunjimuju.net，再次遇到LPFG又被耦合到纤芯中如(b);而进入到FBG的包层模式会被FBG耦合回纤芯并且被反射回去如(c)．1．2级联光栅理论分析采用传输矩阵法对级联光栅耦合特性进行分析．传输矩阵法是将整个光栅分成若干非常小的等分段，每一小段光纤光栅近似看做均匀光纤光栅，将每一小段的矩阵表达式连乘得到整个光栅的矩阵表达式．对于第i分段LPFG-FBG级联光栅采用传输矩阵法［9］分析．由于光在FBG中存在4种模式，因此采用4×4矩阵形式，将LPFG传输矩阵表示为［1均匀光纤光栅，啁啾变化为0，即dφ/dz=0．σ为直流耦合系数，κ为交流耦合系数?PFG共同作用形成的谐振波长．由设置的仿真参数知纤芯的有效折射率为1．4652，可求得FBG的谐振波长λB=1560．0nm，代入式(7)可得λLB=1558．3nm，仿真图2中，λB=1559．96nm，λLB=1558．2nm，与式(7)计算结果相似．2．1．1LPFG参数对级联光栅的影响LPFG中，耦合深度κLL小于π/2时，光经过LPFG后纤芯模和包层模同时进入FBG，栅长会影响耦合深度进而影响前后向传输模的耦合特性．表1为不同LPFG栅长所对应的耦合深度．表1不同LPFG栅长下的耦合深度Ta图3为LPFG的长度变化对级联结构反射谱的影响，由图知，随着LPFG栅区长度LL增加，其耦合深度增加，包层模强度增加，纤芯模强度相应减小，ＲB会逐渐变小而ＲLB变大．图3LL对级联光栅的影响Fig．3EffectofLLoncascadedgratings图4为ΛL变化对级联结构反射谱的影响，当在440～452μm范围内变化时，随着ΛL的增大，LPFG损耗峰向右移动，位于LPFG左边的FBG反射谱相对于LPFG为向左移动，因此在FBG谐振波长处，纤芯模耦合到包层模的中的光能量会变得越来越少，ＲLB逐渐变小，ＲB逐渐变大．图4ΛL光栅传感特性研究-数控滚圆机滚弧机折弯机张家港电动滚圆机滚弧机折弯机本文由张家港弯管机网站 转载中国知网整理!www.wangaunjimuju.net