Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô phỏng và xác minh thực nghiệm cảm biến uốn bằng kính sợi Bragg ngoài trục với sự điều chế chỉ số khúc xạ cao
Tóm tắt
Các mô phỏng FBG ngoài trục đã được thực hiện trong bài báo này sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn kết hợp với kỹ thuật ánh xạ đồng dạng để nghiên cứu đặc điểm cảm biến uốn của FBG ngoài trục với sự điều chế chỉ số khúc xạ cao. Sự gia tăng của chỉ số khúc xạ (RI) trong vùng lưới đã được xem xét cho mô phỏng trường chế độ. Những ảnh hưởng của sự gia tăng RI cao và khoảng cách lệch của lưới lên độ nhạy uốn đã được phân tích. Các FBG ngoài trục với khoảng cách lệch khác nhau đã được chế tạo bằng laser femtosecond với kỹ thuật mặt pha trong sợi quang đơn chế độ tiêu chuẩn. Kết quả mô phỏng đã được xác minh bằng thí nghiệm. Độ nhạy uốn đạt được là 0,055 dB/m−1 với khoảng cách lệch 4 μm. Kết quả mô phỏng và thí nghiệm cho thấy khoảng cách lệch của lưới có ảnh hưởng lớn hơn đến độ nhạy của FBG ngoài trục với sự điều chế RI cao hơn là với RI thấp. Cấu trúc cảm biến đề xuất và kết quả mô phỏng có thể cung cấp gợi ý cho thiết kế và chế tạo cảm biến uốn FBG ngoài trục.
Từ khóa
#FBG ngoài trục #cảm biến uốn #mô phỏng #phương pháp phần tử hữu hạn #chỉ số khúc xạ caoTài liệu tham khảo
KUMARI C U, SAMIAPPAN D, KUMAR R, et al. Fiber optic sensors in ocean observation: a comprehensive review[J]. Optik, 2019, 179: 351–360.
LIANG Q, ZOU K, LONG J, et al. Multi-component FBG-based force sensing systems by comparison with other sensing technologies: a review[J]. IEEE sensors journal, 2018, 18(18): 7345–7357.
ZHU H H, SHI B, ZHANG C C. FBG-based monitoring of geohazards: current status and trends[J]. Sensors, 2017, 17(3): 452.
GUO T, SHAO L, TAM H Y, et al. Tilted fiber grating accelerometer incorporating an abrupt biconical taper for cladding to core recoupling[J]. Optics express, 2009, 17(23): 20651–20660.
YAKUSHIN S S, WOLF A A, DOSTOVALOV A V, et al. A study of bending effect on the femtosecond-pulse inscribed fiber Bragg gratings in a dual-core fiber[J]. Optical fiber technology, 2018, 43: 101–105.
TIAN K, FARRELL G, YANG W, et al. Simultaneous measurement of displacement and temperature based on a balloon-shaped bent SMF structure incorporating an LPG[J]. Journal of lightwave technology, 2018, 36(20): 4960–4966.
FENG D, QIAO X, ALBERT J. Off-axis ultraviolet-written fiber Bragg gratings for directional bending measurements[J]. Optics letters, 2016, 41(6): 1201–1204.
WALTERMANN C, BETHMANN K, DOERING A, et al. Multiple off-axis fiber Bragg gratings for 3D shape sensing[J]. Applied optics, 2018, 57(28): 8125–8133.
CHEN F, SU D, QIAO X, et al. Compact vector bend sensor using dual-off-axis innermost cladding-type FBGs[J]. IEEE sensors journal, 2018, 18(18): 7476–7480.
CUSANO A, CONSALES M, CRESCITELLI A, et al. Lab-on-fiber technology[M]. 1st ed. Switzerland: Springer International Publishing, 2015.
SMELSER C W, MIHAILOV S J, GROBNIC D. Formation of Type I-IR and Type II-IR gratings with an ultrafast IR laser and a phase mask[J]. Optics express, 2005, 13(14): 5377–5386.
MIHAILOV S J, GROBNIC D, SMELSER C W, et al. Bragg grating inscription in various optical fibers with femtosecond infrared lasers and a phase mask[J]. Optical materials express, 2011, 1(4): 754–765.
DAVIS K M, MIURA K, SUGIMOTO N, et al. Writing waveguides in glass with a femtosecond laser[J]. Optics letters, 1996, 21(21): 1729–1731.
RENNER H. Bending losses of coated single-mode fibers: a simple approach[J]. Journal of lightwave technology, 1992, 10(5): 544–551.
SCHERMER R T, COLE J H. Improved bend loss formula verified for optical fiber by simulation and experiment[J]. IEEE journal of quantum electronics, 2007, 43(10): 899–909.