Дослідження впливу температури на характеристики волоконної брегівської ґратки
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2025.2.02010Ключові слова:
волоконна брегівська ґратка (ВБҐ), рівномірна ВБҐ, похилена ВБҐ, спектральні характеристики, температурна чутливістьАнотація
У статті представлені результати дослідження волоконної брегівської ґратки (ВБҐ). Було виготовлено два типи ВБР: однорідну та похилу. Вони були вписані в серцевини волокон за допомогою УФ-ексимерного лазера KrF Coherent Bragg Star M та методу фазової маски. Для виготовлення ВБҐ було обрано фоточутливі оптичні волокна GF1. Властивості та характеристики виготовлених ВБҐ досліджувалися з метою розробки волоконно-оптичних сенсорів вигину. У цьому випадку вирішальним є аналіз спектральних характеристик ВБҐ та залежностей температурної чутливості. Для вимірювання спектральних характеристик ВБҐ та температурної чутливості використовувалася установка, що включає кліматичну камеру, оптичний спектральний аналізатор AQ6370D, настільне джерело SLD S5FC1550S-A2 SM та комп'ютер. Спектральні характеристики однорідних та похилих ВБР досліджувалися в діапазоні температур від -40,6°C до 181,8°C. Для аналізу було обрано наступні піки спектральних характеристик у вищезгаданому температурному діапазоні: пік Брегга для однорідної ВБҐ та такі піки, як пік Брегга, побічний резонансний пік та три піки певної довжини хвилі для похилої ВБҐ. Спостерігалися зміщення аналізованих піків спектральних характеристик з температурою. Були отримані температурні залежності довжин хвиль аналізованих піків. Було показано, що існує приблизно лінійна температурна залежність довжини хвилі Брегга та інших згаданих вище аналізованих піків певної довжини хвилі. Лінійний характер досліджуваних температурних залежностей виготовлених ВБҐ дозволяє їх використовувати в сенсорних застосуваннях. Було показано, що температурна чутливість однорідних та похилих ВБР залежить від обраного температурного діапазону. Було визначено температурну чутливість, що приблизно дорівнює 11,1 – 11,4 пм/°C у температурному діапазоні 120,8 – 181,8 °C та приблизно дорівнює 8,5 – 8,9 пм/°C у температурному діапазоні -40,6 – 20,7 °C для однорідної та похилої ВБР. Температурна чутливість залежала від певної довжини хвилі та змінювалася від 8,4 пм/°C до 10,1 пм/°C для досліджуваних довжин хвиль.
Завантажити
Посилання
Q. Wang and Y. Liu, “Review of optical fiber bending/curvature sensor,” Measurement, vol. 130, pp. 161–176, 2018.
Y. Peng, S. Li, Z. Xia, X. Chen, F. Zhang, L. Zhong, and W. Liu, “Recent advances in flexible bending sensors and their applications,” Int. j. smart nano mater., vol. 15, no. 4, pp. 697–729, 2024.
Alexander C. Thompson, Peter J. Cadusch, David F. Robertson, Paul R. Stoddart, and A. W. Scott, “Origins of Spectral Changes in Fiber Bragg Gratings Due to Macrobending,” J. Lightwave Technol., vol. 30, no. 22, pp. 3500–3511, 2012.
“Cladding Mode Free Photosensitive Single-Mode Fiber,” Nufern. [Online]. Available: https://www.optoscience.com/our-vendors/coherent/specialty-optical-5.
“GF1, Photosensitive Optical Fiber,” Datasheet. [Online]. Available: https://www.coherent.com/components-accessories/specialty-optical-fibers/single-mode/GF1fibers/c93hht000001pec1-att/photosensitive.pdf.
L. Hotra, J. Klimek, I. Helzhynskyy, O. Boyko, and S. Kovtun, “Selected Issues Concerning Fibre-Optic Bending Sensors,” IAPGOŚ, vol. 15, no. 4, pp. 177–181, 2025.
J. Villatoro, M. Alonso-Murias, D. Maldonado-Hurtado, A. Zornoza, F. Lindner, J. Bierlich, S. Sales, and K. Wondraczek, “Temperature and vector bending sensing with a supermode fiber Bragg grating,” J. Phys. Photonics, vol. 8, 015015, 2026.
H. Li, X. Zhao, B. Rao, M. Wang, B. Wu, and Z. Wang, “Line Position-Dependent Effect in Line-by-Line Inscribed Fiber Bragg Gratings,” Sensors, vol. 21, no. 21, 7231, 2021.
L. Fazzi and R. M. Groves, “Refractometric Properties of a TFBG Sensor Demodulated Using α-Shape Modified Delaunay Triangulation,” Optics, vol. 2, no. 2, pp. 113–133, 2021.
M. Gholampour, M. Mansoursamaei, and A. Malakzadeh, F. Mansoursamaei, “Comparison of FWHM and peak power techniques for simultaneous measurement of strain and temperature in FBG sensors,” Optical and Quantum Electronics, vol. 55, article no. 17, pp. 1–9, 2023.
S. K. Ibrahima, J. A. O’Dowda, V. Besslera, D. M. Karabacakab, and J. M. Singer, “Optimization of Fiber Bragg Grating Parameters for Sensing Applications,” in Proc. of SPIE 10208, Fiber Optic Sensors and Applications XIV, 102080P, 2017.
P. V. R. Shekar, D. M. Latha, K. Kumari, et al., “Optimal parameters for fiber Bragg gratings for sensing applications: a spectral study,” SN Appl. Sci., vol. 3, article no. 666, 2021.
L. Hotra, J. Klimek, I. Helzhynskyy, and O. Boyko, “Fabrication and Investigation of Fibre Bragg Gratings for Sensor Applications,” in Proceedings of VII International Scientific Practical Conference “Quality Management in Education And Industry: Experience, Problems and Perspectives”, November 20–21, Lviv, pp. 83–84, 2025.
L. Hotra, J. Klimek, and O. Boyko, “Analysis of FBG Fabrication Influence on FBG Metrological Characteristics,” in Proc. of VII International Scientific Practical Conference “Quality Management in Education And Industry: Experience, Problems and Perspectives”, November 20–21, Lviv, pp. 81–82, 2025.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
