Почему пики дифракционного отражения иногда уширяются, расщепляются или исчезают?
Привет, Frostweaver!
Спектральные искажения, которые вы описываете — уширение, расщепление или исчезновение пиков отражения волоконных брэгговских решеток (FBG) — являются важными показателями различных физических явлений или проблем, влияющих на FBG. Как опытный инженер по применению FBG, я могу объяснить распространенные причины таких наблюдений:
1. Уширение пиков отражения:
Это обычно происходит, когда FBG испытывает неравномерное распределение деформации или температуры по своей длине. Различные участки решетки затем отражают свет на немного отличающихся брэгговских длинах волн, что приводит к общему уширению спектрального отклика. Другой причиной может быть связь мод высокого порядка в волокне, хотя это менее распространенная проблема в стандартных датчиках. В некоторых специализированных приложениях намеренно разработанная «чирпированная FBG» также будет иметь уширенный спектр.
2. Расщепление пиков отражения:
Расщепление пика часто указывает на индуцированную или присущую оптическому волокну в месте решетки двулучепреломление. Это происходит, когда:
- Асимметричная нагрузка: На волокно действует неравномерная поперечная нагрузка (например, боковая нагрузка), вызывающая различие показателя преломления для ортогональных состояний поляризации. Каждое состояние поляризации затем видит немного отличающийся период решетки, что приводит к двум различным пикам отражения.
- Внутренние фазовые сдвиги: Непреднамеренные фазовые сдвиги в самой структуре FBG или сильные локализованные возмущения (градиенты деформации/температуры) могут фактически создавать две «подрешетки» или значительные изменения фазы, которые приводят к расщеплению пика.
3. Исчезновение пиков отражения:
Исчезновение пика отражения FBG может быть вызвано несколькими критическими факторами:
- Обрыв волокна: Наиболее простая причина; если оптическое волокно физически оборвано внутри FBG или рядом с ней, путь света прерывается, и отражение не может произойти.
- Стирание решетки (отжиг): Длительное воздействие температур, превышающих производственные или рабочие пределы FBG, может необратимо стереть структуру решетки. Фоточувствительность, создающая модуляцию показателя преломления в сердцевине волокна, может деградировать, вызывая исчезновение решетки. Стандартные FBG с полиакрилатным покрытием ограничены примерно 100 °C;
OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings могут выдерживать до 300 °C, а
OFSCN® Gold-Coated Fiber Bragg Gratings — до 700 °C, предлагая решения для высокотемпературных сред.
- Превышение пределов деформации: Чрезмерная деформация, выходящая за пределы упругости волокна или корпуса датчика, может необратимо деформировать или повредить решетку, что приведет к ее исчезновению или смещению брэгговской длины волны за пределы диапазона обнаружения интеррогатора.
- Отслоение/отказ датчика: В случае упакованных датчиков FBG отслоение от несущей конструкции может привести к потере передачи деформации или механическому повреждению самого элемента FBG, что приведет к потере сигнала.
Для приложений, требующих надежной работы в условиях высоких температур или жестких механических условий, критически важны специальная упаковка и типы волокон. Например,
OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor разработан с полным бесшовным металлическим инкапсулированием для исключения проблем с ползучестью клеев и подходит для длительных высокотемпературных сварочных работ.
Вот пример датчика деформации FBG в корпусе из сплава:
Более подробные технические параметры вы можете найти на нашем сайте:
*
OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating Strain Sensor
*
OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (bare)
*
OFSCN® Gold-Coated Fiber Bragg Gratings / Fiber Bragg Grating Strings (Bare)