Волоконная брэгговская решётка

Сообщение №3 от Alexander 13 февраля 2002 г. 21:56
Тема: Волоконная брэгговская решётка

Волоконная брэгговская решетка - оптический элемент, основанный на периодическом изменении показателя преломления сердцевины или оболочки оптического волокна.

Введение.

Волоконные решётки изготавливаются путём облучения фоточувствительного одномодового волокна интенсивным излучением УФ-лазера. Два луча лазера сбиваются таким образом, чтобы волокно оказалось в зоне интерференции. В местах экспонирования коэффициент преломления необратимо увеличивается и в волокне таким образом формируется  периодическая структура полос с чередующимся показателем преломления. Волокно с продольной вариацией показателя преломления называется Брэгговской решёткой. Каждая полоса решётки отражает назад малую часть излучения. Для излучения с длиной волны в два раза большей, чем период решётки, отражённые лучи складываются в фазе и в результате появляется отражённый световой сигнал с интенсивностью 1..99% от интенсивности падающей волны и очень узкой спектральной полосой. Условия усиления отражённого света на определённой длине волны называются брэгговскими условиями, я длина волны на которой это происходит называется брэгговской длиной волны. Для всех остальных длин волн брэгговская решётка практически прозрачна. Брэгговская длина волны и коэффициент отражения решётки могут быть заданы с большой точностью в процессе изготовления решётки. Эти параметры должны оставаться постоянными на протяжении всего срока эксплуатации решётки. С другой стороны брэгговская длина волны зависит от температуры и натяжения волокна. Для телекоммуникационной целей такая нестабильность параметров решёток вредна и должна быть скомпенсирована. Однако этот эффект нашёл очень интересное применение в пассивных волоконно-оптических датчиках, где по изменению длины волны отражённого сигнала можно судить о температуре или величине приложенной нагрузки. Помимо простых отражательных решёток, которые служат в качестве узкополосного фильтра, отражая излучение с брэгговской длиной волны и пропуская практически без затухания излучение на других длинах волн, изготавливаются широкополосные отражательная решётка, отражающие излучение в спектральной полосе шириной в несколько нанометров, а также решётки смешения мод в которых происходит преобразование модового состава излучения. 

Основные области применения волоконных брэгговских решёток:

Волоконно-оптические датчики на основе брэгговских решёток.

 В волоконно-оптических датчиках на основе брэгговских решёток измеряемая величина (температура или механическое напряжение) преобразуется в смещение брэгговской длины волны. Система регистрации преобразует смещение длины волны, отражённой брэгговской решёткой, в электрический сигнал. Чувствительный элемент такого датчика не содержит электронных компонент и поэтому он является полностью пассивным, что означает возможность использовать его в зоне повышенной взрывоопасности, агрессивности, сильных электромагнитных помех. На одно волокно может быть установлено множество брэгговских решёток, каждая из которых даёт отклик на собственной длине волны. В этом случае вместо точечного датчика мы получаем распределённую систему регистрации с мультиплексированием по длине волны. Использование длины волны света в качестве информационного параметра делает датчик нечувствительным к долговременным дрейфам параметров источника и приёмника излучения, а также случайным затуханиям оптической мощности в волокне.

Волоконная брэгговская решётка


Отклики на это сообщение:

>Использование длины волны света в качестве информационного параметра делает датчик нечувствительным к долговременным дрейфам параметров источника и приёмника излучения, а также случайным затуханиям оптической мощности в волокне.

Возможно (мыслимо) ли из чувствительных элементов (датчиков) составить матрицу и принимать-обрабатывать изображение?
Спасибо.


> Возможно (мыслимо) ли из чувствительных элементов (датчиков) составить матрицу и принимать-обрабатывать изображение?
> Спасибо.

Если взять жгут из большого кол-ва волокон и сфокусировать изображение на его торце, то теоретически возможно передавать таким способом изображение, но о практической реализации такого метода мне мало что известно. В Минске делали волоконные эндоскопы, которые, возможно, работают по такому принципу, но для телекоммуникационных целей такой метод не подходит. Что касается волоконных брэгговских решёток, то они также не подходят для обработки изображений.


Имеют ли эти датчики в конструктивном исполнении (помимо помехозащищенности, распределенности в пространстве) преимущества по точности и компактности (весовым, объемным характеристикам всей системы измерений).
Я сюда включаю не только собственно датчики, но и всю систему управления (регистрации).


> >В волоконно-оптических датчиках на основе брэгговских решёток измеряемая величина (температура или механическое напряжение) преобразуется в смещение брэгговской длины волны.

> Имеют ли эти датчики в конструктивном исполнении (помимо помехозащищенности, распределенности в пространстве) преимущества по точности и компактности (весовым, объемным характеристикам всей системы измерений).
> Я сюда включаю не только собственно датчики, но и всю систему управления (регистрации).

РАЗМЕР.
Чувствительный элемент волоконно-оптических датчиков (ВОД) может иметь размеры, сравнимые с диаметром самого волокна (125 мкм). С развитием полупроводниковых лазеров, микропроцессоров, микрооптики и микромеханики система регистрации ВОД не отличается от системы регистрации традиционных датчиков.

МУЛЬТИПЛЕКСНОСЬ.
ВОД на основе, например, брэгговских решёток или кремниевых микрорезонаторов могут быть легко мультиплексированы, так что сотни чувствительных элементов могут быть вмонтированы в крыло самолёта, несущую конструкцию моста, нефтяной платформы, размещены внутри топливного бака и т.д., давая не только точное значение измеряемой величины в какой-то одной точке, но и позволяя визуализировать распределение измеряемой величины по всему объекту (см. концепцию smart structures and materials).

ВЕС.
Вес системы оказывается на порядок меньше веса традиционных датчиков. Это очень важно при использовании датчиков в самолётах и на кораблях.

ПАССИВНОСЬ.
Всем известны случаи отказа систем управления самолётов вследствие электромагнитных наводок грозовых разрядов, радиоизлучения сотовых телефонов и персональных компьютеров. ВОД свободны от этих недостатков. К тому же они сами не излучают и не обнаруживают своего присутствия.

ТОЧНОСЬ.
Интерференционный метод измерений является одним из самых точных на сегодняшний день. Использование волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо позволяет регистрировать смещения объекта, сравнимые с межатомными расстояниями. Другие ВОД не дают рекордной чувствительности (например ВОД магнитного поля не могут соперничать по чувствительности со СКВИДом), но их пассивность, миниатюрность, мультиплексность позволяет им занять соответствующие им ниши в системах измерений. Также некоторые ВОД имеют значительный уровень перекрёстных помех (в основном по темпераруре и мех. напряжению), а лазеры подвержены старению.


>

> Волоконная брэгговская решетка - оптический элемент, основанный на периодическом изменении показателя преломления сердцевины или оболочки оптического волокна.

> Введение.

> Волоконные решётки изготавливаются путём облучения фоточувствительного одномодового волокна интенсивным излучением УФ-лазера. Два луча лазера сбиваются таким образом, чтобы волокно оказалось в зоне интерференции. В местах экспонирования коэффициент преломления необратимо увеличивается и в волокне таким образом формируется  периодическая структура полос с чередующимся показателем преломления. Волокно с продольной вариацией показателя преломления называется Брэгговской решёткой. Каждая полоса решётки отражает назад малую часть излучения. Для излучения с длиной волны в два раза большей, чем период решётки, отражённые лучи складываются в фазе и в результате появляется отражённый световой сигнал с интенсивностью 1..99% от интенсивности падающей волны и очень узкой спектральной полосой. Условия усиления отражённого света на определённой длине волны называются брэгговскими условиями, я длина волны на которой это происходит называется брэгговской длиной волны. Для всех остальных длин волн брэгговская решётка практически прозрачна. Брэгговская длина волны и коэффициент отражения решётки могут быть заданы с большой точностью в процессе изготовления решётки. Эти параметры должны оставаться постоянными на протяжении всего срока эксплуатации решётки. С другой стороны брэгговская длина волны зависит от температуры и натяжения волокна. Для телекоммуникационной целей такая нестабильность параметров решёток вредна и должна быть скомпенсирована. Однако этот эффект нашёл очень интересное применение в пассивных волоконно-оптических датчиках, где по изменению длины волны отражённого сигнала можно судить о температуре или величине приложенной нагрузки. Помимо простых отражательных решёток, которые служат в качестве узкополосного фильтра, отражая излучение с брэгговской длиной волны и пропуская практически без затухания излучение на других длинах волн, изготавливаются широкополосные отражательная решётка, отражающие излучение в спектральной полосе шириной в несколько нанометров, а также решётки смешения мод в которых происходит преобразование модового состава излучения. 

> Основные области применения волоконных брэгговских решёток:

> Волоконно-оптические датчики на основе брэгговских решёток.

>  В волоконно-оптических датчиках на основе брэгговских решёток измеряемая величина (температура или механическое напряжение) преобразуется в смещение брэгговской длины волны. Система регистрации преобразует смещение длины волны, отражённой брэгговской решёткой, в электрический сигнал. Чувствительный элемент такого датчика не содержит электронных компонент и поэтому он является полностью пассивным, что означает возможность использовать его в зоне повышенной взрывоопасности, агрессивности, сильных электромагнитных помех. На одно волокно может быть установлено множество брэгговских решёток, каждая из которых даёт отклик на собственной длине волны. В этом случае вместо точечного датчика мы получаем распределённую систему регистрации с мультиплексированием по длине волны. Использование длины волны света в качестве информационного параметра делает датчик нечувствительным к долговременным дрейфам параметров источника и приёмника излучения, а также случайным затуханиям оптической мощности в волокне.


Какой смысл отвечать на сообщение и ничего не писать в поле "текст ответа"?


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100