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光纤光栅测温品牌【迅捷光通,郑总,13503080579 】 深圳市迅捷光通科技有限公司前与北京中科院半导体所成立联合实验室,半导体所为迅捷公司提供光纤测温火灾探测系统的技术来源及支持。
光纤光栅中的折射率变化并非是“永久”的,未经过处理的光纤光栅的折射率调制(即其反射率)会随随时间而下降,此现象被称为光纤光栅的衰退(decay)。光纤光栅的衰退过程的快慢与温度有关,温度越高,衰退越快,有的光纤光栅在500oC条件下放置半小时就可能被完全擦除。对于传感应用来说,人们总希望光纤光栅具有尽可能高的热稳定性,以满足高温传感的需要。对于通信应用来说,光纤光栅的长期稳定性尤为重要。当光纤光栅用于通信系统中的ADM器件时,若光纤光栅的反射率下降严重,将可能造成信道串扰等不良影响。
光纤光栅的热稳定性与光纤的类型或者说光纤敏化方式有关。在光纤中写入光栅的前提条件是光纤具有紫外光敏性,使光纤具有光敏性(即光纤敏化)的主要途径有以下几种:1,高掺锗;2,硼/锗共掺;3,锡/锗共掺;4,载氢处理,即将光纤放置于一定压力的氢气环境中使氢分子充分扩散到光纤纤芯区域,此方法可以使普通通信光纤获得很强的光敏性。
不同类型光纤上光栅的热稳定性是不一样的。几种掺杂光纤中,硼/锗共掺光纤上光栅的热稳定性最差,这种光栅在400oC条件下放置3小时就会被完全擦除;高掺锗光纤上光栅的热稳定性优于硼/锗共掺光纤,有实验研究表明,该种光栅在550oC条件下放置70分钟其折射率调制深度下降到原来的34%;锡/锗共掺光纤上光栅的热稳定性要优于高掺锗光纤,此种光纤光栅能耐700oC以上的高温。
写于载氢光纤上的光纤光栅的热稳定性较差,在室温条件下放置两个星期就能观察其反射率的明显下降。在400oC以下,载氢光纤上的光栅的衰退行为要比高掺锗光纤光栅严重得多,但当温度更高时,两者表现出差不多的温度稳定性。
有研究表明,在光栅写入前或写入后对光纤进行紫外均匀曝光处理,能够有效提高光纤光栅的热稳定性。以载氢光纤为例,未经处理的光纤光栅在530oC条件下放置10小时,其折射率调制深度下降到其初始值的42%,而经过紫外均匀曝光处理后,在相同条件下放置相同时间其折射率调制深度还剩下71%。
要理解光纤光栅衰退的物理机制首先要了解光纤光栅的成栅机理,不论采用何种类型的光纤,光纤光栅的形成都是光纤中的“缺陷点”在紫外光作用下从一种状态A转变到另一种状态B的结果:每一个的“缺陷点”的这种态转变对光纤折射率的变化作出一份贡献,光纤中无数“缺陷点”
的态转变导致光纤光栅的形成。状态B并非是稳定的,而是处于亚稳态的。当受到热微扰时,“缺陷点”就可能从状态B返回到状态A,这样它对光纤折射率变化的贡献就不复存在了,大量的“缺陷点”从状态B返回状态A就会导致光纤光栅折射率调制深度的下降,即引起光纤光栅的衰退。“缺陷点”要从状态B返回到状态A必需克服的障碍能E的束缚,由于构成光纤的石英基质本身的无序性,光纤中各个“缺陷点”的障碍能E并非是同一的,而是在一定的范围内按某种函数形式分布的,障碍能E越小的“缺陷点”
返回状态A的几率越大。
改善光纤光栅热稳定性的常用方法是高温退火(annealing),即将光纤光栅放置在高温条件下,使障碍能E较小的“缺陷点”返回状态A,而只保留那些具有较大障碍能E的缺陷点处于状态B,这样当光纤光栅在较低的温度下使用时就会有很好的热稳定性。
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