Разработка и исследование волоконнооптического датчика температуры на основе суперпозиции двух регенерированных волоконных брэгговских решёток

Коннов Д.А., Казачкова И.Д., Коннов К.А., Куликова В.А., Варжель С.В.

Ссылка для цитирования:

Коннов Д.А., Казачкова И.Д., Коннов К.А., Куликова В.А., Варжель С.В. Разработка и исследование волоконно-оптического датчика температуры на основе суперпозиции двух регенерированных волоконных брэгговских решёток // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 12. С. 63–69. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-12-63-69

Konnov D.A., Kazachkova I.D., Konnov K.A., Kulikova V.A., Varzhel S.V. Development and research of a fiber-optic temperature sensor based on the superposition of two regenerated fiber Bragg gratings [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 12. P. 63–69. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2024-91-12-63-69

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Волоконно-оптический датчик температуры на основе суперпозиции двух регенерированных волоконных брэгговских решёток. Цель работы. Разработка волоконнооптического датчика температуры от +25 до +1000 °C на основе суперпозиции двух регенерированных решёток Брэгга и определение его температурной чувствительности. Метод. Суперпозиция двух стандартных волоконных решёток Брэгга длиной 14 мм с коэффициентами отражения 90% и 70% нагревалась (скорость нагрева 500 °C/час) от комнатной температуры до температуры регенерации 920 °C (для оптических волокон стандарта G.657.A2), которая поддерживалась до завершения процесса образования регенерированной структуры. Основные результаты. В ходе разработки и температурных исследований, которые проводились в диапазоне температур от +25 до +1000 °C с шагом в 100 °C, реализован волоконно-оптический датчик температуры на основе суперпозиции двух регенерированных волоконных брэгговских решёток с коэффициентами отражения порядка 40% и 30% и установлена их температурная чувствительность — 12,7 пм/°C и 12,72 пм/°C соответственно. Практическая значимость. Впервые получена суперпозиция двух регенерированных волоконных решёток Брэгга с коэффициентами отражения более 40% и 30%. Разработанный датчик на основе такой структуры позволяет задействовать больший диапазон измеряемых температур при ограниченном диапазоне опрашиваемых длин волн излучения. Помимо этого, впервые установлена зависимость температурной чувствительности регенерированной волоконной решётки Брэгга от её центральной длины волны отражения.

Ключевые слова:

волоконная брэгговская решётка, суперпозиция волоконных решёток Брэгга, регенерация, датчик температуры, высокотемпературные измерения, температурная чувствительность

Благодарность:

работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006)

Коды OCIS: 120.2230, 050.2230

Список источников:

1. Dinusha S.Gu., On K.L., Zhengyong L. et al. Resurgent regenerated fiber Bragg gratings and thermal annealing techniques for ultra-high temperature sensing beyond 1400 °C // Opt. Exp. 2020. V. 28. № 7. P. 10595–10608. https://doi.org/10.1364/OE.375421
2. Leonhard P., Franz J.D., Robert R.J.M. et al. Regenerated fibre Bragg gratings: A critical assessment of more than 20 years of investigations // Opt Laser Technol. 2021. V. 134. № 106650. https://doi.org/10.1016/j. optlastec.2020.106650
3. Lindner E., Canning J., Chojetzki C. et al. Post-hydrogen-loaded draw tower fiber Bragg gratings and their thermal regeneration // Appl. Opt. 2011. V. 50. № 17. P. 2519–2522. https://doi.org/10.1364/AO.50.002519
4. Safari Yazd N., Chah K., Caucheteur C. et al. Comparison of regenerated fiber Bragg gratings properties in standard and B/Ge co-doped single-mode silica fibers //IEEE Sens. J. 2020. V. 28. № 7. P. 10595–10608. https://doi.org/10.1364/OE.375421
5. Holmberg P., Laurell F., Fokine M. Influence of preannealing on the thermal regeneration of fiber Bragg gratings in standard optical fibers // Opt. Exp. 2015. V. 23. № 21. P. 27520–27535. https://doi.org/10.1364/OE.23.027520
6. Wang T., Shao L., Canning J. et al. Regeneration of fiber Bragg gratings under strain // Appl. Opt. 2013. V. 52. № 10. P. 2080–2085. https://doi.org/10.1364/ AO.52.002080
7. Cook K., Shao L., Canning J. Regeneration and helium: regenerating Bragg gratings in helium-loaded germanosilicate optical fibre // Opt. Mater. Express. 2012. V. 2. № 12. P. 1733–1742. https://doi.org/10.1364/OME.2.001733
8. Lindner E., Chojetzki C., Brückner S. et al. Thermal regeneration of fiber Bragg gratings in photosensitive fibers // Opt. Exp. 2009. V. 17. № 15. P. 12523–12531. https://doi.org/10.1364/OE.17.012523
9. Lai M., Lim K., Gunawardena D. et al. Thermal stress modification in regenerated fiber Bragg grating via manipulation of glass transition temperature based on CO2-laser annealing // Opt. Lett. 2015. V. 40. № 5. P. 748–751. https://doi.org/10.1364/OL.40.000748
10. Bandyopadhyay S., Canning J., Biswas P. et al. A study of regenerated gratings produced in germanosilicate fibers by high temperature annealing // Opt. Exp. 2011. V. 19. № 2. P. 1198–1206. https://doi.org/10.1364/ OE.17.012523
11. Chong S., Chong W., Harun S. et al. Regenerated fibre Bragg grating fabricated on high germanium concentration photosensitive fibre for sensing at high temperature // Opt. Laser Technol. 2012. V. 44. № 4. P. 821–824. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2011. 11.024
12. Cheong Y., Chong W., Chong S. et al. Regenerated type-IIa fibre Bragg grating from a Ge–B codoped fibre via thermal activation // Opt. Laser Technol. 2014. V. 62. P. 69–72. https://doi.org/10.1016/j.optlastec. 2014.01.007
13. Lai M., Gunawardena D., Lim K. et al. Thermal activation of regenerated fiber Bragg grating in few mode fibers // Opt. Fiber Technol. 2016. V. 28. P. 7–10. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2014.01.007

14. Lindner E., Canning J., Chojetzki C. et al. Thermal regenerated type IIa fiber Bragg gratings for ultra-high temperature operation // Opt. Commun. 2011. V. 284. № 1. P. 183–185. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2010.08.075
15. Oliveira V., Abe I., Alberto N. et al. Fibre Bragg gratings, towards a better thermal stability at high temperatures // Phys. Procedia. 2015. V. 62. P. 71–78. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2015.02.013
16. Canning J, Bandyopadhyay S, Biswas P et al. Regenerated fibre Bragg gratings // Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics. InTech. 2010. https://doi.org/10.5772/39545
17. Коннов Д.А., Казачкова И.Д., Коннов К.А., Куликова В.А., Варжель С.В. Разработка и исследование волоконно-оптического датчика температуры на основе регенерированной волоконной брэгговской решетки // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 5. С. 66–71. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-05-66-71
Konnov D.A., Kazachkova I.D., Konnov K.A., Kulikova V.A., Varzhel S.V. Development and research of a fiber-optic temperature sensor based on a regenerated fiber Bragg grating [in Russian] // Journal of Optical Technology. 2024. V. 91. № 5. P. 66–71. http://doi. org/10.17586/1023-5086-2024-91-05-66-71