第31卷，第3期 2011年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
刘荣梅，梁大开
南京航空航天大学航空宇航学院，江苏南京210016
Vol.31.No.3.pp858-862
March,2011
摘要研究了小直径光纤光栅的研制以及传感中的温度应变交义敏感间题。首先根据耦合模理论，分析了小直径光纤Bragg光栅光谱特性，确定了包覆层为80μm的单模光纤加.工成中心波长为1528nm的 Bragg光栅的栅长及周期，并研究了小直径光纤光栅与解调设备之间的连接方式。其次利用等强度梁的变形特点，结合矩阵法，提出基于等强度悬梁双Bragg光纤光栅矩阵算法，对小直径光纤Brag光栅的交叉敏感间题进行研究。温度和应变的实验辨别误差分别为5%和6%。实验结果表明，该方法可以分离温度和应变对光纤Bragg光栅传感的影响。采用该方法去除交叉影响，K矩阵始终存在逆矩阵，因此对所采用的光栅
无特殊要求，从面扩大了光纤光栅选用范围，并将温度和应变识别出来，关键调光纤Bragg光栅；小直径；温度传感；应变传感；区分测量；光纤
中图分类号：TN253
引言
文献标识码：A
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)03-0858-05
考。
1小直径光纤Bragg光栅(FBG)研制
由于具有柔韧性好、灵敏度高、可埋人复合材料结构等
一系列优点，美国、英国、日本等国家研究者自20世纪80 年代开始了将光纤传感器理人到复合材料结构中，并与其他光纤器件融合对材料结构的制造和服役过程进行监测的研究[1.2)，在研究过程中逐渐形成了"光纤智能材料与结构"的概念。
将光纤埋人到复合材料中去，会在埋人光纤周围产生应力集中(3)，从而对整体结构强度产生影响")。由前人研究结果可见[5]，如采用小直径的光纤传感器埋人到复合材料中去，可降低界面的应力集中，从而提高结构整体力学性能。
光纤制成Brag&光栅作为传感元件应用由来已久[6.")，而对于小直径光纤光栅的发展，国内外目前只有日本Tokyo 大学的Takeda[*9]等开发出外径为52μm的小直径Bragg光栅，并于2000年开始应用于卫星等复合材料结构的监测研究中[0]。
小直径光纤光的研制受其尺寸的约束。光纤尺寸越小，制作成本越高，因此本文研究采用直径为7/80/160μm 的单模光纤，将其制成光纤Bragg光栅（简称80光纤Bragg 光），并研究了其温度传感和应变传感的交叉敏感解决方法，为工程上小直径光纤光栅用于结构监测提供了实验参
收日期：2010-06-23，修订日期：2010-09-26
研究小直径光纤光栅首要任务是解决其加.工间题。描述光纤光栅的属性和设计的模型有很多，其中应用最广泛的技术是耦合模理论。耦合模理论常用来定量分析光纤Bragg光栅衍射效率和光谱谐特性。
1.1小直径光纤Bragg光棚光谱分析
根据耦合模理论，可得理想导波中光纤光概中的反射率 R
sinhV()-(gL)
R=p
+oshVL)(
其中L为光播半长，k和为耦合系数。
(1)
根据光纤Brag光栅耦合模方程的解，对中心波长为 1528nm的光纤Bragg光概的光谱特性进行分析，如图1所示。
由图1可见增加光栅长度L和调制折射率，可以提高光栅峰值反射率，但会使反射峰附近的旁游增大。因此考虑光栅反射率对光谱特性的影响，协调L和，得到所需的反射率，取光纤Bragg光幅长度为10mm。
采用相位掩模法在芯径为7μm的单模光纤上刻蚀
基金项目：国家自然科学基金项目（60907038)，江苏省自然科学基金项目（BK2008388）和南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目
(NS2010012)资助
作著离介：刘荣梅，1975年生，南京航空航天大学航空宇航学院讲师万方数据
e-mail; romme@nuaa, edu cn, romme_liu@sina, com, cn