Sa période est-elle plus longue que celle d’une grille standard ? Peut-elle mesurer quelque chose de spécial ?
Les réseaux de Bragg à fibre à longue période (LPG, Long-Period Fiber Grating) diffèrent considérablement des réseaux de Bragg à fibre conventionnels (FBG, Fiber Bragg Grating, c’est-à-dire les réseaux à fibre à courte période) en termes de mécanismes physiques, d’échelles structurelles et de domaines d’application.
Les explications académiques suivantes sont fournies sous deux angles : la comparaison des échelles de période et les applications de mesure spéciales.
I. Comparaison des périodes : Quelle est la longueur d’un réseau à fibre à longue période par rapport à un réseau conventionnel ?
La « période » d’un réseau à fibre fait référence à la distance physique (\Lambda) de la grille selon laquelle les modulations d’indice de réfraction varient de manière régulière.
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Comparaison des échelles :
- Réseau à fibre à courte période conventionnel (FBG) : Sa période (\Lambda_{FBG}) est généralement de l’ordre de quelques centaines de nanomètres (nm). Par exemple, dans la bande de 1550\text{ nm} couramment utilisée pour les communications et les capteurs, la période du réseau FBG n’est généralement que d’environ 500\text{ nm} \sim 540\text{ nm}.
- Réseau à fibre à longue période (LPG) : Sa période (\Lambda_{LPG}) est généralement comprise entre quelques dizaines et quelques centaines de micromètres (\mu\text{m}), typiquement dans la gamme de 100\ \mu\text{m} \sim 1000\ \mu\text{m}.
- Différence d’ordre de grandeur : La période d’un LPG est environ 3 ordres de grandeur plus longue que celle d’un FBG conventionnel (soit environ 1000 fois).
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Différence de mécanisme physique :
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FBG (réflectif) : Il s’agit du couplage entre le mode fondamental du cœur se propageant dans le sens homochrone et le mode fondamental du cœur se propageant dans le sens hétérochrone. La condition de Bragg satisfaite est la suivante :
\lambda_B = 2 n_{co} \Lambda_{FBG}(où n_{co} est l’indice de réfraction effectif du cœur), ce qui se manifeste par un filtre à bande étroite de type réflexion.
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LPG (transmissif) : Il s’agit du couplage entre le mode fondamental du cœur se propageant dans le sens homochrone et plusieurs modes de gaine coaxiaux se propageant dans le sens homochrone (Cladding Modes). La condition de résonance satisfaite est la suivante :
\lambda_i = (n_{co} - n_{cl}^{i}) \Lambda_{LPG}(où n_{cl}^{i} est l’indice de réfraction effectif du i-ème mode de gaine homochrone). Comme les modes de gaine s’atténuent rapidement à l’interface entre la gaine et le revêtement, le LPG se manifeste spectralement par une série de pics d’absorption de perte dans le spectre de transmission.
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II. Que peut mesurer le LPG de spécial ?
En raison de son mécanisme de couplage physique unique, le LPG peut mesurer des paramètres environnementaux spéciaux que les FBG nus conventionnels ne peuvent pas mesurer directement :
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Indice de réfraction du milieu ambiant (Refractive Index, RI) :
C’est la capacité de mesure spéciale la plus représentative du LPG. Comme le LPG couple l’énergie aux modes de gaine, le champ électromagnétique des modes de gaine (onde évanescente) est directement exposé et s’étend dans le milieu ambiant externe à la fibre. Lorsque l’indice de réfraction du milieu ambiant change légèrement, l’indice de réfraction effectif n_{cl}^{i} des modes de gaine change considérablement, provoquant un décalage de longueur d’onde très sensible du pic de résonance de transmission.- Scénarios d’application : Surveillance de la concentration de solutions chimiques, détection de salinité/sucrosité des liquides, surveillance en temps réel des réactions biochimiques (par exemple, liaison antigène-anticorps). Les FBG nus conventionnels, dont le champ optique est entièrement confiné dans le cœur, ne répondent pratiquement pas à l’indice de réfraction de l’environnement extérieur tant que la gaine de la fibre est intacte.
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Courbure (Bending) et torsion (Torsion) à ultra-haute sensibilité :
Le LPG est extrêmement sensible à l’asymétrie de la gaine causée par de petites déformations de la fibre elle-même (en particulier la courbure et la torsion). La courbure provoque une reconstruction des modes de gaine et une séparation des spectres, ce qui le rend très adapté aux mesures de haute précision de la flèche, de la torsion et de la direction de déformation dans la surveillance de l’intégrité structurelle. -
Découplage de la sensibilité croisée température et contrainte :
Dans le spectre de transmission du LPG, il existe plusieurs pics de résonance de gaine différents. Les différents modes de gaine ont des coefficients de sensibilité différents à la température et à la contrainte. En résolvant un système d’équations multivariables, le LPG peut mesurer simultanément la température et la contrainte en un seul point sur une seule fibre, résolvant ainsi le problème de sensibilité croisée température-contrainte difficile à surmonter pour les capteurs FBG traditionnels.
III. Notes techniques officielles
Il convient de souligner que les réseaux de Bragg à fibre à longue période (LPG) ne font actuellement pas partie de la gamme de produits principaux de Dacheng Yongsheng (OFSCN®).
Les produits et solutions technologiques principaux de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) sont principalement axés sur la série de produits de réseaux de Bragg à fibre à courte période (FBG) de haute précision, haute résistance à la température et haute résistance, y compris les FBG recouverts de polyimide, les FBG gravés au laser femtoseconde nus, les capteurs de température et de contrainte FBG encapsulés dans des tubes en acier sans soudure, etc.