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2023-06-08 12:18 |
Ansys Lumerical | 光纖布拉格光柵溫度傳感器的仿真模擬
說(shuō)明 {Jr f/p9w
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該示例演示了一種基于光纖布拉格光柵（FBG）的溫度傳感器，因?yàn)楣饫w折射率會(huì)隨溫度而變化，導(dǎo)致其布拉格波長(zhǎng)發(fā)生偏移，所以可以被用作溫度的測(cè)量。（聯(lián)系我們獲取文章附件） f6Ml[!aU
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綜述 nh<Z1 tMU
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在本示例中要考慮的光纖布拉格光柵（FBG）由具有交替折射率和恒定周期性的纖芯制成。眾所周知，沿著光纖主軸的折射率變化可以在布拉格波長(zhǎng)（λ_Bragg）下引起反向傳播模式的耦合，由以下方程給出: G%;kGi`m
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其中n_eff是布拉格波長(zhǎng)下光纖基模的有效折射率，Λ是光柵的周期。均勻的FBG在布拉格波長(zhǎng)下起到波長(zhǎng)選擇鏡的作用。在沿著光纖軸的每個(gè)折射率不連續(xù)處，都會(huì)發(fā)生微弱的菲涅耳反射。當(dāng)來(lái)自界面的所有反射累積時(shí)，光柵在布拉格波長(zhǎng)周圍產(chǎn)生一個(gè)明顯由旁瓣包圍的反射帶。 sMP:sCRC
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上述方程可以擴(kuò)展為包括溫度（T）對(duì)折射率的影響，從而包括布拉格波長(zhǎng)： I`NUurQTX
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運(yùn)行和結(jié)果 e gI&epN
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步驟1:FDE-計(jì)算光柵所需的周期和溫度相關(guān)有效折射率neff 6AAswz'$P
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我們首先使用FDE求解器獲得目標(biāo)波長(zhǎng)下光柵的有效折射率，并計(jì)算光柵的所需周期(Λ)。我們計(jì)算高折射率區(qū)域和低折射率區(qū)域的 neff，并將其的平均值作為設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。 #ra*f~G
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此案例中光纖由n=1.4725/1.4728（L/H）和R=4.8μm的纖芯和n=1.466和R=62μm的包層組成。使用腳本添加 FDE求解器，并在室溫下為光柵中的兩個(gè)不同位置（高折射率區(qū)域和低折射率區(qū)域）運(yùn)行模擬。有效折射率的平均值用于表示光柵的總折射率，并用于估計(jì)所需的光柵周期。本例中所考慮的基模的場(chǎng)分布如下所示。正如預(yù)期的那樣，該模式被很好地限制在光纖的核心區(qū)域。 Tpb"uBiXoo
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步驟2:EME-計(jì)算光柵的溫度相關(guān)透射/反射響應(yīng) >k;p.Pay%
我們分析了光柵在多個(gè)周期內(nèi)的透射/反射值，模擬區(qū)域中只包括光柵的單個(gè)周期，但通過(guò)使用“周期性”和“波長(zhǎng)掃描”特征可以獲得長(zhǎng)光柵的寬帶響應(yīng)。然后，我們掃描溫度，并將傳輸/反射響應(yīng)導(dǎo)出為S參數(shù)，S參數(shù)可用于隨后的電路模擬。 ?_%u)S*g
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