Назад

Куликова В.А., Варжель С.В., Дмитриев А.А., Волошина А.Л., Клишина В.А., Калязина Д.В. Методика корпусирования волоконной брэгговской решетки для ее пассивной температурной компенсации // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 9. С. 28–36. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-28-36

Kulikova V.A., Varzhel S.V., Dmitriev A.A., Voloshina A.L., Klishina V.A., Kaliazina D.V. Method of packaging a fiber Bragg grating for passive temperature compensation [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 9. P. 28–36. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-09-28-36

-

Предмет исследования. Теоретическое и экспериментальное исследование методики создания корпуса для пассивной температурной компенсации волоконной брэгговской решетки. Цель работы. Разработка и исследование методики корпусирования волоконной брэгговской решетки для ее пассивной температурной компенсации. Метод. Пассивная температурная компенсация основана на деформации решетки с использованием пассивной опоры, состоящей из нескольких материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Оптическое волокно, в котором записана брэгговская решетка, под определенным натяжением прикреплено к элементу с высоким коэффициентом теплового расширения, который, в свою очередь, прикреплен к элементу с низким коэффициентом теплового расширения. При увеличении температуры компенсирующие элементы и волоконная решетка будут расширяться соответственно их коэффициентам теплового расширения. Таким образом, снижение предварительного натяжения за счет уменьшения расстояния между точками крепления волокна к элементу с высоким коэффициентом теплового расширения позволяет компенсировать сдвиг длины волны брэгговского резонанса при увеличении температуры. Основные результаты. Предложен новый метод корпусирования волоконной брэгговской решетки с целью пассивной компенсации температурной зависимости ее оптических параметров с использованием симметричной пассивной опоры, состоящей из двух материалов с разными коэффициентами теплового расширения. С помощью математического моделирования рассчитаны основные параметры предлагаемого корпуса для наиболее эффективной температурной компенсации. В результате экспериментальной работы представлены температурные зависимости длины волны брэгговского резонанса для обычной и атермальной решеток. Неравномерность показаний по длине волны Брэгга для решетки в корпусе составила 70 пм в диапазоне температур от –15 до 105 °С. Практическая значимость. Предложенное в работе научно-техническое решение представляет интерес в различных областях применения волоконных брэгговских решеток, где стабильность показаний по длине волны брэгговского резонанса играет ключевую роль в работе систем.

волоконная брэгговская решетка, корпусирование решеток Брэгга, пассивная термокомпенсация, температура, процесс создания, атермализация

работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Госзадание № 2019-0923

Коды OCIS: 060.0060, 060.2310, 060.3735

1.    Васильев С.А., Медведков О.И., Королев И.Г. и др. Волоконные решетки показателя преломления и их применения // Квант. электрон. 2005. Т. 35. № 12. С. 1085–1103. https://www.mathnet.ru/rus/qe/v35/i12/p1085

       Vasil’ev S.A., Medvedkov O.I., Korolev I.G., et al. Fibre gratings and their applications // Quant. Electron. 2005. V. 35. № 12. P. 1085–1103. https://doi.org/10.1070/QE2005v035n12ABEH013041

2.   Kadhim S.A., Kazr K.A., Ali A.H., et al. Fiber communication system based on FBG as dispersion compensator, design an experimental setup // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1294. № 2. P. 22019. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1294/2/022019

3.   Yuksel K., Kinet D., Chah K., et al. Implementation of a mobile platform based on fiber Bragg grating sensors for automotive traffic monitoring // Sensors. 2020. V. 20. № 6. P. 1567. https://doi.org/10.3390/s20061567

4.   Chang Y.-T., Yen C.-T., Wu Y.-S., et al. Using a fiber loop and fiber Bragg grating as a fiber optic sensor to simultaneously measure temperature and displacement // Sensors. 2013. V. 13. № 5. P. 6542–6551. https://doi.org/10.3390/s130506542

5.   Díaz C.A.R., Leal-Junior A.G., André P.S.B., et al. Liquid level measurement based on FBG-embedded diaphragms with temperature compensation // IEEE Sens. J. 2018. V. 18. № 1. P. 193–200. https://doi.org/10.1109/JSEN.2017.2768510

6.   Lo Y.-L., Kuo C.-P. Packaging a fiber Bragg grating without preloading in a simple athermal bimaterial device // IEEE Trans. Adv. Packag. 2002. V. 25. P. 50–53. https://doi.org/10.1109/TADVP.2002.1017685

7.    Lo Y.-L., Kuo C.-P. Packaging a fiber Bragg grating with metal coating for an athermal design // J. Light. 2003. V. 21. № 5. P. 1377. https://doi.org/10.1109/JLT.2003.810925

8.   Tong L., Jing Z., Yu'e K., et al. The wavelength shifting and temperature athermalization of fiber Bragg grating // Acta Opt. Sin. 2003. V. 23. № S1. P. 283.

9.   Lee S.-M., Gu X. Passive temperature compensation package for optical long period fiber gratings // J. Opt. Soc. Korea. 1999. V. 3. № 2. P. 74–79. http://dx.doi.org/10.3807/JOSK.1999.3.2.074

10. Yoffe G.W., Krug P.A., Ouellette F., et al. Passive temperature-compensating package for optical fiber gratings // Appl. Opt. 1995. V. 34. № 30. P. 6859–6861. https://doi.org/10.1364/AO.34.006859

11.  Lachance R.L., Van A.V., Morin M., et al. Adjustable athermal package for optical fiber devices // US Patent 6 907 164 B2. 2005. Publ. Jun. 14, 2005.

12.  Tsai H.-H., Jang W.-Y., Yeh F.-F. Central wavelength tunable mechanism for temperature compensated package of fiber Bragg gratings // IEEE Trans. Adv. Packag. 2001. V. 24. № 1. P. 86–90. https://doi.org/10.1109/6040.909630

13.  Morey W.W., Glomb W.L. Incorporated Bragg filter temperature compensated optical waveguide device // US Patent 5 042 898 A. 1991. Publ. Aug. 27, 1991.

14.  Othonos A. Fiber Bragg gratings // Rev. Sci. Instrum. 1997. V. 68. № 12. P. 4309–4341. https://doi.org/10.1063/1.1148392

15.  Cernuschi F., Eyring H. An elementary theory of condensation // J. Chem. Phys. 1939. V. 7. № 7. P. 547–551. https://doi.org/10.1063/1.1750485

16.  Казанцев Е.И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования: учеб. пособ. для вузов. М.: Металлургия, 1975. 366 с.

       Kazantsev E.I. Industrial furnaces. A reference guide for calculations and design: Textbook for universities [in Russian]. Moskow: ''Metallurgiya'' Publ., 1975.366 p.

17.  Lemaire P.J., Atkins R.M., Mizrahi V., et al. High pressure H/sub 2/ loading as a technique for achieving ultrahigh UV photosensitivity and thermal sensitivity in GeO/sub 2/ doped optical fibres // Electron. Lett. 1993. V. 13. № 29. P. 1191–1193. https://doi.org/10.1049/el:19930796

18. Варжель С.В., Мунько А.С., Коннов К.А. и др. Запись решеток Брэгга в двулучепреломляющем оптическом волокне с эллиптической напрягающей оболочкой, подвергнутом водородной обработке // Оптический журнал. 2016. V. 83. № 10. P. 74–78.

       Varzhel S.V., Mun'ko A.S., Konnov K.A., et al. Recording Bragg gratings in hydrogenated birefringent optical fiber with elliptical stress cladding// J. Opt. Technol. 2016. V. 83. № 10. P. 638–641. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000638

19.  Dmitriev A.A., Gribaev A.I., Varzhel S.V., et al. High-performance fiber Bragg gratings arrays inscription method // Opt. Fiber Technol. 2021. V. 63. P. 102508. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102508

20. Gribaev A.I., Pavlishin I.V., Stam A.M., et al. Laboratory setup for fiber Bragg gratings inscription based on Talbot interferometer // Opt. Quantum Electron. 2016. V. 48. № 12. P. 1–7. https://doi.org/10.1007/s11082-016-0816-3

21.       Munko A.S., Varzhel S.V., Arkhipov S.V., et al. The study of the thermal annealing of the Bragg gratings induced in the hydrogenated birefringent optical fiber with an elliptical stress cladding // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 735. № 1. P. 012015. https://doi.org/10.1088/1742-6596/735/1/012015