Почему расстояние между такими решетками постепенно увеличивается? Может ли она измерять распределенную силу?
Здравствуйте! Это очень профессиональный и глубокий вопрос в области оптоинженерии и сенсорных измерений. Ниже представлено объяснение структуры и принципа работы чирпированных волоконных брэгговских решеток (Chirped Fiber Bragg Grating, CFBG), а также их применение в распределенных механических измерениях.
I. Почему интервал чирпированной решетки постепенно расширяется (или постепенно изменяется)?
Обычная волоконная брэгговская решетка (FBG) имеет однородный и постоянный период (шаг решетки \Lambda ) по всей области решетки, поэтому она отражает только один центральный брэгговский максимум с длиной волны \lambda_B = 2 n_{eff} \Lambda (где n_{eff} — эффективный показатель преломления волокна).
Чирпированная решетка (CFBG) характеризуется тем, что ее шаг решетки \Lambda(z) непрерывно изменяется (постепенно расширяется, сужается или нелинейно изменяется) вдоль оси z волокна. Такая градиентная конструкция придает ей уникальные физические функции:
- Широкополосное отражение (уширение полосы пропускания):
Поскольку шаг решетки в разных местах различается, локальная брэгговская длина волны, отражаемая каждым малым локальным участком решетки, также непрерывно изменяется с положением z :\lambda_B(z) = 2 n_{eff} \Lambda(z)Следовательно, она может отражать широкий непрерывный диапазон спектра (например, 10\text{nm} или даже шире), а не только узкую длину волны, как обычная FBG. - Управление дисперсией и разностью групповых задержек:
В волоконной связи или в сверхбыстрых лазерах, поскольку свет разной длины волны отражается на разных глубинах внутри решетки, время его прохождения и задержка также различаются. Это позволяет чирпированной решетке точно компенсировать дисперсию, расширять или сжимать импульсы.
II. Может ли она измерять распределенную нагрузку (распределенную деформацию)?
Да, но это требует специальных методов демодуляции.
В традиционных точках измерения силы или многоточечных измерениях обычно используются однородные FBG. Поскольку чирпированная решетка имеет естественное «соответствие между пространством и длиной волны» (то есть существует однозначное соответствие между физическим положением z и отраженной длиной волны \lambda : z \leftrightarrow \lambda ), при приложении к ней неравномерной распределенной нагрузки (деформации) она может предоставить богатую информацию о распределенной механике.
Основной механизм измерения и способ демодуляции следующие:
- Искажение спектра, вызванное нагрузкой:
Когда к определенному локальному участку чирпированной решетки прикладывается сила (деформация), шаг решетки \Lambda в этом месте изменяется, вызывая смещение соответствующей длины волны. В макроскопическом спектре изначально плоский широкополосный отраженный спектр будет иметь локальное углубление, выпячивание или разрыв. - Основные методы демодуляции:
- Метод спектральной инверсии (Spectral Inversion): С помощью спектрометра высокого разрешения считываются искажения всего отраженного спектра, и в сочетании с методом передаточной матрицы (TMM) или алгоритмом физической модели определяется распределение деформации/силы вдоль длины решетки.
- Оптическая рефлектометрия в частотной области (OFDR / Optical Frequency Domain Reflectometry): Это самый мощный инструмент для измерения распределенной нагрузки на чирпированную решетку. OFDR использует принцип высококогерентной интерферометрии и способен обеспечивать пространственное разрешение в миллиметровом или даже микрометровом диапазоне, позволяя точно определять и считывать локальную деформацию вдоль оси внутри каждой небольшой секции чирпированной решетки.
III. Информация об официальных продуктах OFSCN®
Компания «大成永盛» (OFSCN®) располагает передовыми технологиями фемтосекундного и УФ-гравирования решеток и предлагает в соответствии с промышленными стандартами и стандартами академических исследований голой чирпированной решетки:
- Название продукта: OFSCN® Chirped Fiber Bragg Grating (Bare) Голая чирпированная решетка
- Основные технические параметры:
- Диапазон длин волн: по умолчанию от 1525 нм до 1565 нм, настраиваемый диапазон от 1510 нм до 1590 нм;
- Полоса отражения: около 10\text{nm} ;
- Длина зоны решетки: 5 мм, 10 мм, 20 мм на выбор;
- Коэффициент отражения: 90% ;
- Рабочий диапазон температур: от -20℃ до 85℃ (при использовании специальной технологии покрытия, максимальная настраиваемая термостойкость до 300℃);
- Разъем оптического волокна: по умолчанию FC/APC.
При необходимости разработки специфического градиента дисперсии, спектральной полосы или уровня термостойкости/стойкости к деформации, все эти параметры могут быть индивидуально настроены на основе данного стандартного продукта.