熱重生光纖光柵模型研究

《熱重生光纖光柵模型研究》是依託西北大學，由楊杭洲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱重生光纖光柵模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊杭洲
• 依託單位：西北大學

項目摘要

熱重生光纖光柵(thermal regenerated grating)是研究光纖光柵耐超高溫技術的關鍵種類之一。目前國內外對其模型研究只涉及其形成機理。本項目針對熱重生光纖光柵模型研究現狀的不完整，利用光纖退火應力變化原理和光纖應力測量儀研究其製作過程中應力變化；利用項目組國際上首次提出的“光纖光柵周期測量技術”研究其應力減小導致的周期減小和折射率直流分量增大的物理規律，用稜鏡耦合器等測量其纖芯折射率交流分量變化，建立其應力變化模型。用X射線衍射儀(XRD)等研究其纖芯玻璃成分變化，建立其形成機理模型。研究模型和熱重生光纖光柵相關表征特性的關係包括熱重生比率、機械彈性和耐超高溫技術。在此基礎上試製同時滿足：溫度靈敏度15pm/ºC, 測量範圍-20ºC-1400ºC，熱重生比率大於10%,和機械彈性大於10MPa的熱重生光纖光柵溫度感測器。建立系統完整的熱重生光纖光柵模型，為我國超高溫光

結題摘要

在煉油廠、高壓聚乙烯製備、煤炭汽化爐、沸騰鍋爐等高溫環境中，對其溫度進行實時監測是非常重要的，而普通的電類感測器很難適應這種超高溫環境。普通的光纖布拉格光柵，隨著溫度升高，其折射率的周期性調製會逐漸消失。因此這類光柵也不能在大於350℃的高溫環境中長時間保持，限制了光纖光柵進一步在高溫環境中的套用前景。而耐高溫的熱重生光纖光柵（thermal regenerated grating）是這類溫度監控的理想元件，特別是套用於1000℃以上高溫的測量。滿足光譜特性好（3dB頻寬小，邊模抑制比大）、高溫光譜穩定度好、與普通單模光纖容易匹配等特點是耐高溫光纖光柵研究領域裡一系列亟待解決的技術難題。因此研究和探索具有上述優點的新型耐超高溫光纖光柵十分必要。項目執行期間，重點開展三個方面的研究工作。首先對熱重生光纖光柵應力變化模型進行了研究，其次對熱重生光纖光柵玻璃成分變化模型進行研究，最後對所建立的模型和熱重生光纖光柵相關表征特性進行了研究。研究成果1：構建了熱重生光纖光柵理論模型，為後續深入研究物理模型和熱重生光纖光柵相關表征特性關係包括熱重生比率、機械彈性和耐溫溫度等鋪平道路。研究成果2：實現了耐高溫1400℃熱重生光纖光柵的製備技術，實現了基於玻璃光纖最高溫度的檢測，為後續繼續提高檢測溫度打下堅實基礎。研究成果3：提出了一種基於CO2雷射器的模擬“激冷激熱”環境的實驗技術。研究成果4：實現了超高重生比率的熱重生光纖光柵專用光纖的製備技術，使用該技術製備的熱重生光纖光柵的熱重生比率相對於標準SM-28提高了2倍多，為解決長期困擾熱重生光纖光柵的低重生比率問題提供了有效的研究思路。研究成果5：實現了基於光纖感測技術的超高溫1000℃應變檢測技術，以熱重生光纖光柵為基礎，結合封裝技術，成功實現了超高溫1000℃環境下的應變檢測。該感測器可實現室溫到1000℃範圍內對應變的精確測量，在1000℃高溫時，應變檢測範圍達1000µɛ，且精度達到1µɛ。