高温热重生光纤布拉格光栅制备及其性能研究

发布时间：2021-02-13 04:21

　　通过高温（850～950℃）退火方法使光纤布拉格光栅在高温擦除后重新生长形成热重生光纤光栅,其能够在大于1 000℃以上的高温环境中稳定工作,但经高温退火处理后的热重生光纤光栅机械强度较一般光纤布拉格光栅显著下降.本文通过采用单模石英光纤进行实验,对光纤光栅的轴向应力和光纤光栅中石英分子组分的变化进行研究分析.结果表明,经过高温热退火后的热重生光纤光栅与未退火的光纤布拉格光栅相比,纤芯处压应力减少了80 MPa,远离纤芯的包层处拉伸应力由22 MPa逐渐减小;同时,随着热退火气氛中氧含量的增加,退火后生成的热重生光纤光栅SiO₂逐渐增加,占比从52.99%上升至69.92%.虽然SiO₂具有较高的密度,其机械强度大于Si₂O₃,但热退火后的热重生光纤光栅脆性仍增大,故推论:组分变化对热重生光纤光栅脆性增大无明显影响,脆性增大主要原因为高温导致的应力松弛.本文研究为提高热重生光纤光栅的机械性能,解决其脆性问题提供了可靠的理论与实验依据. 

【文章来源】：光子学报. 2020,49(07)北大核心

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

光纤光栅的热重生及高温反射谱实时测试装置

退火前后FBG和RFBG的典型光谱如图3(a）.退火前的透射深度为-20.3 dB，反射率为99.1%，中心波长1 548.44 nm,3 dB带宽为0.26 nm.退火后的透射深度为-3.1 dB，反射率为50.6%，中心波长蓝移至1 546.70 nm,3 dB带宽减少为0.15 nm.带宽变化是由于光栅反射谱强度降低，带宽同时减小，中心波长蓝移是由于降温后栅区之间的光栅周期减小导致.退火后光谱的强度良好，且重生后的光谱谱形较好.按同样的退火程序将FBG置于氩气中处理，观测其光谱，光谱特性与在空气中的RFBG无明显差异，温度测试与耐高温特性测试均与在空气中处理的RFBG的测试结果相同.将制备好的RFBG置于管式炉中进行温度测试，测试范围为100～1 000℃.测试结果如图3(b），黑点为实际测温点，经线性拟合后可得波长与温度的漂移关系.可以看出，制备好的RFBG具有良好的线性测温性能.其中拟合直线的斜率代表该RFBG的测温灵敏度，为15.6 pm/℃，拟合直线的判定系数R2为0.999 31.

为了研究退火重生后RFBG的耐高温特性，将RFBG在100～1 000℃之间测试，检测其反射光谱，测试结果如图4.由图可知，RFBG反射光谱的强度基本保持不变，制备好的RFBG重生达到饱和且具有较好的耐高温特性.图4 耐高温特性测试

【参考文献】：
期刊论文
[1]多模光纤光栅温度传感特性的实验研究[J]. 姜德生,李剑芝,梅家纯.  光学学报. 2004(02)
[2]光纤光栅传感器的应用概况[J]. 姜德生,何伟.  光电子·激光. 2002(04)



本文编号：3031964