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基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统
翻译：Apaperofnolessthan1200wordsonthetopicofmulti-channelfiberBragggratingsensingdemodulationsystembasedonAWG.
摘要：随着科技的不断进步，光纤光栅传感技术在实际应用中越来越被广泛使用，为了有效地获取多个通道的物理参数信息并传输，基于AWG技术的多通道光纤光栅传感解调系统应运而生。本文主要介绍了该系统的工作原理、系统组成以及在传感实验中的应用，最后进行了简要的总结与展望。
关键词：光纤光栅传感技术，AWG技术，多通道传感解调系统，物理参数信息，传感实验
正文：
1.引言
光纤光栅传感技术是一种新型的物理传感技术，在机械工程、化学工程、生命科学、环境科学等许多领域中具有很高的潜在应用价值。相比于传统的传感技术，光纤光栅传感技术最大的特点就是能够实现非接触式的物理参数检测，比如温度、压力、应变等。同时它的精度和可靠性也都非常高，这些特点使得光纤光栅传感技术在工业自动化、航空航天等领域得到了广泛的应用和发展。
目前，大多数的光纤光栅传感应用都是单通道的，即只能检测一个物理参数信息。但是，在实际工程中需要获取的物理参数信息往往不止一个，因此出现了需要同时获取多个通道的物理参数信息并同时传输的需求，这时引入基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统便成了解决办法之一。
2.系统的工作原理
基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统的核心部分就是AWG和光纤光栅传感器，下面分别介绍它们的工作原理：
2.1AWG的工作原理
AWG，即阵列波导光栅，是一种基于光波导技术的光学器件，它的主要功能是进行光波的分光和复用。在AWG的结构中，有N个输入波导和N个输出波导，其中N为偶数。输入波导和输出波导通过一组共同的波导星形耦合器链接在一起，同时每个输入波导和输出波导都与一组星形波导耦合器相链接。因此，当一个波长的光信号进入AWG后，它会通过波导星形耦合器分配到不同的输出波导上。
2.2光纤光栅传感器的工作原理
光纤光栅传感器是一种结构简单、使用方便且具有高精度的光学传感器，其主要构成部分是光纤及其上的光栅。当光线通过光纤光栅时，其中的特定波长的光信号会被反射和透射，形成一些反射光和透射光，这些光波的反射和透射特性受到光纤上光栅的制作方式以及对应应力环境的影响。因此，通过光纤光栅传感器测量反射和透射光的功率和频率变化，可以获得与其受到的压力、温度、应变等物理参数有关的信息。
2.3系统的工作原理
基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统的工作原理主要可以分为如下步骤：
(1)通过激光器发射线性偏振的光信号，经过分束器后分别输入到多个输入端，其中每个输入端都对应着一个单独的光纤光栅传感器，并在AWG的输入波导上发生耦合，共同传输到AWG的星形耦合器处。
(2)经过AWG的星形耦合器后，光信号会根据波长分布不同的反射光和透射光进行分光和复用。其中每个波长对应着一个具体的输出端口和一个输入端口，因此反射光和透射光在通过AWG的输出波导时被进一步分离，并在各自的输出端口处得到解调。
(3)反射光和透射光在通过各自所对应的光纤光栅传感器后分别被检测，得到反射光和透射光的相对功率和频率分布信息，最后通过测量数据分析得到各通道的物理参数信息。
3.系统的组成
基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统的组成主要包括激光器、分束器、AWG、多个光纤光栅传感器和检测模块等部分。下面分别对它们进行介绍：
3.1激光器
激光器是系统的光源，一般要求波长稳定、功率均匀、光束直线度高等特点。常见的激光器有半导体激光器、气体激光器等。
3.2分束器
系统的分束器主要用于将激光器发射出的光信号分成多个相等的光通道，以便与多个光纤光栅传感器相链接。
3.3AWG
AWG作为系统的核心部件，主要用于实现光波的分光和复用。一般AWG都是由矽基材料制造的，可以在1.3μm或1.5μm波长范围内进行操作。
3.4光纤光栅传感器
光纤光栅传感器是用于检测物理参数信息的传感器。其制作方式主要包括相邻直线光栅法、光纤周向拉扭法、两点弯曲法等多种方法，其中第一种方法最为普遍。
3.5检测模块
检测模块主要用于对反射光和透射光进行检测和解调。其包括功率计、光谱仪、光学频率计等多种检测设备。
4.传感实验的应用
基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统在实际传感实验中的应用非常广泛，下面仅以压力测量和应变测量为例进行介绍。
4.1压力测量
压力是一种常见的物理参数，它在许多工程领域中都有广泛的应用。基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统可以通过同时连接多个光纤光栅传感器和AWG来实现多通道压力测量和检测。通过测量反射光和透射光的功率和频率变化，可以获得各个通道的压力信息。
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