1、第 44 卷 第 4 期2023 年 4 月 激 光 杂 志LASER JOURNAL Vol.44,No.4April,2023h t t p/w w w.l a s e r j o u r n a l.c n收 稿 日 期:2022-09-21基 金 项 目:国 家 自 然 科 学 基 金 项 目(No.U2030116)、重 庆 市 重 点 实 验 室项 目(No.YB2020C0301)作 者 简 介:聂 鹏 程(1998-),男,硕 士 研 究 生,主 要 研 究 方 向:光 纤 传 感。E-mail:niepengcheng2021 通 讯 作 者:余 先 伦(1967-),男,教
2、 授,硕 士 生 导 师,主 要 研 究 方 向:光 纤传 感、全 光 网 络 和 光 子 晶 体 光 纤。E-mail:839811547 切 趾 函 数 光 纤 布 拉 格 光 栅 的 光 谱 特 性 研 究聂 鹏 程,余 先 伦,刘 嘉 伟,关 莉 珍,王 雨 行重 庆 三 峡 学 院 电 子 与 信 息 工 程 学 院,重 庆 404020摘 要:均 匀 光 纤 布 拉 格 光 栅(fiber Bragg grating,FBG)的 反 射 谱 存 在 旁 瓣 干 扰,对 波 长 解 调 过 程 会 产 生 一定 干 扰,从 而 对 传 感 测 量 结 果 造 成 一 定 误 差。在
3、FBG 中 引 入 切 趾 函 数 能 够 解 决 这 一 问 题,有 效 抑 制 旁 瓣。通 过对 切 趾 函 数 FBG 耦 合 模 理 论 的 分 析,获 得 了 光 栅 参 数 变 化 对 切 趾 FBG 反 射 谱 的 作 用 情 况。仿 真 实 验 结 果 表明,加 入 切 趾 函 数 会 对 FBG 反 射 谱 的 旁 瓣 数 量 及 大 小 起 到 明 显 抑 制 作 用,反 射 率、中 心 波 长、半 高 宽 度 及 检 测 精度 等 反 射 谱 特 性 的 变 化 情 况 会 受 到 光 栅 参 数 的 影 响。关 键 词:切 趾 函 数;旁 瓣;耦 合 模;反 射 谱中
4、图 分 类 号:TN253 文 献 标 识 码:A d oi:10.14016/ki.jgzz.2023.04.114S t u d y o n s p e c t r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f a p o d i z a t i o n f u n c t i o n f i b e r B r a g g g r a t i n gNIE Pengcheng,YU Xianlun,LIU Jiawei,GUAN Lizhen,WANG YuxingS c h o o l o f E l e c t r o n i c a n d I n f
5、 o r m a t i o n E n g i n e e r i n g,C h o n g q i n g T h r e e G o r g e s U n i v e r s i t y,C h o n g q i n g 404020,C h i n aA b s t r a c t:There is the sidelobe interference in the reflection spectrum of uniform fiber Bragg grating(FBG),which will interfere with the wavelength demodulation
6、 process and cause certain errors to the sensing measurement re-sults.Introducing apodization function into FBG can solve this problem and effectively inhibit sidelobes.Through the analysis of apodization function FBG coupled mode theory,the effect of variations of grating parameters on apodization
7、FBG reflection spectrum is obtained.The simulation experiment results show that the addition of apodization function can significantly inhibit the number and size of sidelobes of FBG reflection spectrum,and the variations of reflection spectrum characteristics such as reflectivity,center wavelength,
8、full width at half maximum and detection accuracy will be influenced by grating parameters.K e y w o r d s:apodization function;sidelobes;coupled mode;reflection spectrum1 引 言与 现 有 传 感 技 术 相 比,光 纤 布 拉 格 光 栅(fiber Bragg grating,FBG)传 感 器 有 着 更 高 的 灵 敏 度 和 多 功能 性,FBG 传 感 器 已 经 逐 步 替 代 传 统 的 传 感 器 多 用
9、于应 变、磁 场、加 速 度 和 湿 度 等 参 数 的 测 量1-4。FBG是 一 种 典 型 的 波 长 调 制 型 无 源 器 件,其 反 射 光 谱 对 于传 感 应 用 十 分 重 要,对 于 反 射 谱 的 解 调 效 果 直 接 决 定了 传 感 精 度。而 均 匀 FBG 在 传 感 应 用 中 反 射 谱 往 往会 受 到 旁 瓣 干 扰,这 些 旁 瓣 震 荡 将 严 重 影 响 传 感 性能,限 制 光 纤 光 栅 的 实 际 应 用。为 了 抑 制 旁 瓣,可 将切 趾 函 数 引 入 FBG 与 其 结 合,将 跟 光 栅 栅 区 有 关 的函 数 包 络 加 入 到
10、 纤 芯 折 射 率 变 化 中,通 过 减 弱 端 面 间的 反 射 来 消 除 旁 瓣 对 反 射 谱 的 不 利 影 响,对 于 改 善 传感 性 能 具 有 重 要 意 义5-6。Zhao 等 人7利 用 高 斯 切趾 FBG 研 究 了 高、低 折 射 率 分 布 在 非 均 匀 介 质 下 的数 值 响 应 特 性,利 用 高 斯 切 趾 函 数 能 够 使 旁 瓣 得 到 明显 抑 制;李 凯 等 人8研 究 了 一 种 切 趾 超 短 光 纤 光 栅,并 将 其 作 为 传 感 单 元,光 功 率 与 中 心 波 长 之 间 的 线 性度 达 到 0.992。引 入 切 趾 函 数 能 够 提 高 反 射 谱 解 调 精度,契 合 高 精 度、低 误 差 的 传 感 要 求。切 趾 FBG 传 感 器 有 着 更 好 的 旁 瓣 抑 制 能 力,但同 时 切 趾 函 数 的 加 入 将 会 影 响 光 栅 的 参 数 理 论 设 计条 件,因 此,通 过 改 变 光 栅 参 数 对 切 趾 FBG 的 光 谱 特性 进 行 数 值 研 究,为 今 后 切 趾 FBG 传 感 器 的 实 际 应用 提 供 一 定 理 论 支 撑。
