相位采样光纤布拉格光栅的光谱特性研究的任务书.docx

相位采样光纤布拉格光栅的光谱特性研究的任务书
任务书
一、课题背景
光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating，FBG）是一种基于光纤的传感器，利用其反射谱特性实现对外界物理量的测量。其在温度、压力、应变等领域有着广泛的应用。传统的FBG传感器主要是基于波长采样的，即利用光谱分析的方式进行测量，但是这种传感器会受到环境温度、应变等因素的影响，导致精准度不高。相位采样光纤布拉格光栅（Phase-shiftedFiberBraggGrating，PS-FBG）的问世，解决了这一问题，它通过在FBG的中部插入一段光纤，实现了对FBG中光的相位进行采样，从而实现了更高的测量精度。
二、任务目的
本研究旨在探究相位采样光纤布拉格光栅的光谱特性，并利用其实现对外界应变、温度等物理量的测量。具体目标如下：
1.确定相位差、FBG光谱特性之间的关系。
2.探究相位差对PS-FBG测量精度的影响。
3.利用相位采样光纤布拉格光栅，实现对外界应变、温度等物理量的测量，并对测量结果进行分析。
三、研究方法
1.光纤布拉格光栅的制备：采用电弧放电法制备FBG，并在FBG中部插入一段光纤，实现对相位的采样。
2.光谱分析：利用光谱仪对FBG进行波长采样，得到其反射谱。
3.相位差测量：利用Mach-Zehnder干涉仪对FBG中光的相位进行测量，确定相位差与FBG反射谱特性之间的关系。
4.测量应变、温度等物理量：利用PS-FBG对外界物理量进行测量，得到其反射谱，并对测量结果进行分析。
四、拟解决的关键问题
1.PS-FBG的制备：如何确保分离度高，插入光纤长度适当，光纤固定稳定等问题。
2.光谱特性与相位差之间的关系：利用Mach-Zehnder干涉仪，如何准确地测量相位差，确定其与FBG反射谱特性的关系。
3.PS-FBG测量精度的提高：如何选择合适的相位差，从而使得PS-FBG测量精度达到最高。
五、进度安排
时间安排|研究内容
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第1-2个月|对光纤布拉格光栅原理及制备进行学习，并采用电弧放电法制备FBG。
第3-4个月|实验室波长采样对FBG反射谱进行测试，并探究其与相位差之间的关系。
第5-6个月|利用Mach-Zehnder干涉仪测量FBG光的相位差，并确定其与FBG反射谱特性之间的关系。
第7-8个月|制备相位采样光纤布拉格光栅，对外界应变、温度等物理量进行测量，并对测量结果进行分析。
第9-10个月|分析实验数据，尝试提高PS-FBG测量精度的方法。
第11个月|总结研究成果，撰写论文。
第12个月|完善论文，进行答辩。
六、参考文献
1.Kersey,A.D.,&Davis,M.A.(1993).DynamicFBGsensorsusingwavelength-shiftedoptical-feedback-scanneddistributedfeedbacklasers.Journaloflightwavetechnology,11(8),1305-1313.
2.Nakamura,K.,Tsujiuchi,Y.,&Ohta,M.(2016).Highstrainsensitivityofaphase-shiftedfiberBragggratingusingintermetallicalloysatroomtemperature.SensorsandActuatorsA:Physical,241,94-98.
3.Zhang,Q.,Sun,H.,Li,W.,&Jin,X.(2019).Optimalconfigurationdesignforphase-shiftedfiberBragggratings.JournalofLightwaveTechnology,37(15),3604-3610.