Por que o espaçamento deste tipo de grade aumenta gradualmente? Isso pode ser usado para medir a distribuição de força?
Olá! Esta é uma questão muito profissional e profunda de engenharia óptica e medição de sensores. Abaixo está uma explicação sobre o princípio estrutural da “Fibra de Grade de Bragg Chirped (CFBG)” e sua aplicação na medição de mecânica distribuída.
Um, por que o espaçamento da grade chirped é gradualmente ampliado (ou gradualmente alterado)?
A grade de fibra (FBG) comum tem um período (espaçamento da grade \Lambda ) que é uniforme e constante em toda a área da grade, portanto reflete apenas um único comprimento de onda central específico que satisfaz a condição de Bragg \lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda (onde n_{eff} é o índice de refração efetivo da fibra).
A característica física da grade chirped (CFBG) reside no fato de que seu espaçamento \Lambda(z) varia gradualmente (amplia, estreita ou varia não linearmente) ao longo do eixo z da fibra. Este projeto de gradiente confere-lhe uma função física única:
- Reflexão espectral ampla (largura de banda expandida):
Como o espaçamento da grade é diferente em diferentes posições, o comprimento de onda local de Bragg refletido por cada pequena localidade na grade varia continuamente com a posição z :\lambda_B(z) = 2 n_{eff} \Lambda(z)Portanto, ela pode refletir uma ampla gama contínua de espectro (por exemplo, 10 \text{nm} ou até mais ampla), em vez de refletir apenas um comprimento de onda muito estreito como uma FBG comum. - Gerenciamento de dispersão e diferença de tempo de grupo:
Em comunicações ópticas ou lasers ultrarrápidos, como diferentes comprimentos de onda de luz são refletidos em diferentes profundidades dentro da grade, suas trajetórias ópticas e tempos de propagação também diferem. Isso permite que as grades chirped realizem compensação de dispersão precisa, expansão ou compressão de pulso de sinais ópticos.
Dois, ela pode medir força distribuída (deformação distribuída)?
Sim, mas requer um método de demodulação especial.
Em medições de força de ponto único ou multiponto tradicionais, geralmente usamos FBGs uniformes. Devido à “relação de mapeamento espaço-comprimento de onda” inerente das grades chirped (ou seja, a relação um-para-um entre a posição física z e o comprimento de onda refletido \lambda : z \leftrightarrow \lambda ), quando uma força (deformação) não uniforme e distribuída é aplicada a ela, ela pode fornecer informações ricas sobre a mecânica distribuída.
Seu mecanismo de medição principal e método de demodulação são os seguintes:
- Distorção espectral causada pela aplicação de força:
Quando uma força (deformação) é aplicada a uma área local específica da grade chirped, o espaçamento \Lambda nessa área muda, fazendo com que o comprimento de onda específico correspondente sofra um desvio. No espectro macroscópico, o espectro de reflexão de banda larga originalmente plano apresentará depressões locais, protuberâncias ou rachaduras de forma de onda. - Principais técnicas de demodulação:
- Método de Análise de Inversão Espectral (Spectral Inversion): Usando um espectrômetro de alta resolução, as características de distorção de todo o espectro de reflexão são lidas, e a distribuição de deformação/força ao longo do comprimento da grade é invertida combinando o método da matriz de transmissão (TMM) ou algoritmos de modelo físico.
- Reflectometria de Domínio de Frequência Óptica (OFDR / Optical Frequency Domain Reflectometry): Esta é a ferramenta mais poderosa para medir a força distribuída em grades chirped. O OFDR utiliza o princípio de interferência de alta coerência para fornecer resolução espacial de nível de milímetro ou mesmo mícron, permitindo a localização precisa e a leitura da deformação local ao longo do eixo dentro de cada pequena seção da grade chirped.
Três, informações de produtos oficiais relacionadas à OFSCN®
A Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) possui tecnologia avançada de escrita de grades de femtossegundo e ultravioleta, fornecendo produtos de grades chirped nus que atendem aos padrões da indústria e de pesquisa acadêmica:
- Nome do Produto:
OFSCN® Chirped Fiber Bragg Grating (Bare) Grade de Fibra de Bragg Chirped Nua - Principais Parâmetros Técnicos:
- Faixa de Comprimento de Onda:
Padrão de 1525nm a 1565nm, faixa personalizável de 1510nm a 1590nm; - Largura de Banda de Reflexão:
Aproximadamente 10 \text{nm} ; - Comprimento da Área da Grade:
Seleções de 5mm, 10mm, 20mm; - Refletividade:
90%; - Faixa de Temperatura de Operação:
-20℃ a 85℃ (com processo de revestimento especial, pode ser personalizado para suportar temperaturas de até 300℃); - Conector de Fibra:
Padrão FC/APC.
- Faixa de Comprimento de Onda:
Se for necessário projetar uma inclinação de dispersão específica, largura de banda espectral ou nível de tolerância à temperatura/deformação, a personalização profunda de engenharia pode ser feita com base neste produto padrão.