應用

 

? 遙感

? FBG傳感器合成

? 溫度，應力和應變傳感

? 土木工程，如橋梁，管道，結構

? 多方向數據傳感

 

綜述

 

光纖環形鏡配置已應用到各個方面中，其中一個重要的應用是傳感。在光纖環形鏡中插入光纖布拉格光柵（FBG）后，可利用環形鏡的切換功能來增強傳感和訪問能力。寬帶LED或白光源照進FBG環形鏡，可以在FBG中心波長處產生連續波（CW）光信號，這種光信號可以通過控制環路內的移相器從環路的兩側進行訪問。CW光波長隨FBG的環境條件（包括溫度，應力和應變）而變化。

 

FBG環形鏡傳感器布局

 

 

優點

 

? FBG光纖環形鏡傳感器可用于任何遠程位置不同參數的檢測，并可通過單模光纖傳輸感應數據。

? 通過控制移相器的相位，可以從傳輸系統的兩側訪問所檢測的數據。

?  OptiSystem軟件允許用戶研究FBG光纖環形鏡傳感器中不同參數對整體性能的影響。

? 使用OptiSystem軟件可以進行FBG參數合成。

 

仿真說明

 

圖1顯示了用于在OptiSystem中進行FBG光纖環形鏡傳感器數值仿真的布局。低成本寬帶LED可用于探測傳感器。LED燈光通過一個循環器和一個3-dB光纖耦合器在兩個方向上發射到環路中。FBG在其定義的帶寬和中心頻率內，反射環路每個方向上的光信號。FBG還允許傳輸其帶寬之外的光信號，且不改變它們的傳播方向。一旦反射和傳輸的場返回到3-dB光纖耦合器的輸出端口，它們就會加強，消減或部分地干擾，這取決于3-dB光纖耦合器的每個輸出端口處的兩個場之間的相位差。如果兩個場之間的相位差為0°，則光信號將通過環路傳輸并出現在3-dB光纖耦合器的另一個輸入端口（標記為2）。但是，如果兩個場之間的相位差為180°，則光信號被反射回3dB光纖耦合器的輸入端口（標記為1）。任何其他相位差都會導致光信號出現在兩個端口上。當相移等于180°或0°時，反射或透射的產生的光信號是以FBG中心頻率（1550nm）為中心的連續波（CW），其20dB線寬為90GHz（0.72nm），如圖2所示。

 

圖1.仿真的FBG光纖環形鏡布局

 

當感測位置處的環境條件改變或應力和應變施加到光纖布拉格光柵時，FBG物理條件改變并影響其中心布拉格波長。結果是產生的CW光信號中心波長變化。可以從傳感器位置遠程監測中心波長的漂移。

 

 

圖2.相移設備設置為0°時發送的CW信號

 

圖3顯示了當相移器設置為0°時，由于感測位置處的溫度變化導致光柵布拉格波長的變化而在反射端口處測量的CW光信號。在仿真時，FBG的溫度范圍從0℃變為100℃。

 

 

圖3.薄矩形單元對方向角的響應

 

仿真工具可用于合成現實生活中部署的FBG光柵的實際參數。這可以在傳感系統的安裝和測試階段完成。然后，通過比較測量的CW光信號的中心波長和合成的FBG參數的仿真結果，可以將合成的FBG用于實際傳感系統的分析階段。