光纤光栅传感概述及其复用模式

### 光纤光栅传感概述及其复用模式 #### 光纤光栅传感技术发展状况及国内外研究现状 自20世纪后半叶以来，光纤通信与光纤传感技术的飞速发展极大地推动了信息技术的进步，深刻影响着人类社会的各个领域。其中，光纤光栅传感技术因其卓越的性能，如高灵敏度、稳定性、低成本、高精度以及便于网络化部署等，已经成为现代传感技术中的佼佼者，在石油化工、桥梁监测、电力系统、安全防护、建筑结构健康检测等众多领域发挥着关键作用。 1978年，加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人首次利用驻波法制备出首支光纤光栅，这一突破性进展开启了光纤光栅传感技术的新纪元。随后，1989年，美国联合技术研发中心的G.Meltz等人提出横向全息写光栅技术，虽然该技术对光源和环境稳定性要求较高，但为后续研究提供了新思路。直到1993年，K.O.Hill等人提出的相位掩模法写光栅技术大大降低了对光源的要求，使得光纤光栅技术真正步入实用化和商品化阶段。随着时间的推移，针对不同应用场景的光纤光栅类型不断涌现，为了更好地理解和应用这些技术，对其分类变得至关重要。 #### 光纤光栅的分类与特点 依据不同的标准，光纤光栅可分为多种类型： - **按波导结构分类**：包括均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅、高斯变迹光纤光栅、升余弦变迹光纤光栅、相移光纤光栅、超结构光纤光栅和倾斜光纤光栅。每种类型的光栅都有其独特的光谱特性，适用于特定的传感需求。 - **按周期分类**：分为短周期光纤光栅（即光纤布拉格光栅，FBG）和长周期光纤光栅。短周期光栅主要用于反射型带通滤波，而长周期光栅则适用于透射型带阻滤波。 - **按材料分类**：主要分为硅玻璃光纤光栅和塑料光纤光栅，其中硅玻璃光纤光栅因性能优异而被广泛应用。 #### 光纤光栅传感器的特点与应用 光纤光栅传感器不仅能够实时监测波长变化，还具备波长自参考的特性，能够实现绝对测量，加之其体积小巧、空间分辨率高、耐腐蚀性强等优势，成为理想的传感解决方案。Moery等人在1989年的实验研究中证实了光纤光栅对温度和应变的传感能力，奠定了其在传感领域的基础地位。 目前，光纤布拉格光栅传感器的研究主要聚焦于单参数传感、多参数融合传感、分布式传感及构建大规模传感网络。单参数传感器能够精准测量温度、应变、压力等多种物理量；多参数融合传感器则能够同时监测两个或更多参数，例如温度与应变的同时测量；分布式传感通过波分复用或时分复用技术实现多点同步监测；而大规模传感网络则利用先进的复用技术构建复杂的监测体系。 #### 国内外应用概况 光纤光栅传感系统在全球范围内得到了广泛应用，不仅在传统工业领域如石油勘探、桥梁监测中发挥重要作用，还在新兴领域如智能建筑、物联网、医疗健康等领域展现出巨大潜力。随着技术的不断进步和市场需求的日益增长，光纤光栅传感技术正向着更高精度、更广范围、更强适应性的方向发展，预计未来将有更多的创新应用出现，为人类社会的智能化进程贡献力量。 光纤光栅传感技术凭借其独特的性能和广泛的应用前景，已成为现代传感技术领域的重要组成部分，未来有望在更多领域实现技术创新与突破。