Проблема теплового расширения дифракционной решетки

Для светоизлучающего диода с Ао = 835 нм и полной шириной на половине максимума 45 нм (сто ~ 32 нм) и полосой пропускания чувствительного элемента с полной шириной на половине максимума 10 нм (ад ~ 7 нм), смещение Ао на а + 10 нм приведет к ошибке, составляющей только 0,1% от измеренного значения А (гг) (при условии А(х) = 800 нм до начала дрейфа). Таким образом, достаточно узкая полоса пропускания датчика позволяет эффективно исключить дрейф оптического источника и не рассматривать его в качестве источника ошибок, вносимых в измеренное значение параметра.

Проблема теплового расширения самой дифракционной решетки может быть решена, как показано на рисунке. В этом случае широкополосный зондирующий сигнал падает одновременно и на решетку с линейно изменяющимся периодом, и на решетку с постоянным периодом. Можно показать, что, хотя длины волн обоих отраженных сигналов будут изменяться при изменении температуры, разность длин волн между ними останется абсолютной мерой расстояния исследуемой оптически точки от конца решетки. К тому же измерение абсолютной длины волны сигнала при помощи решетки с постоянным периодом одновременно обеспечивает измерение температуры.

image71

Наконец, проблему изменения передачи по кабелю в зависимости от длины волны и температуры можно свести к минимуму, сужая полосу пропускания длин волн чувствительного элемента, путем точного проектирования как решетки, так входной и выходной оптической конфигурации чувствительного элемента. Если полоса пропускания достаточно узка, модуляция входного спектрального распределения, обусловленная дрейфом оптического источника или вызванными внешними воздействиями изменениями характеристик потерь оптического волокна, не влияет на точность датчика, благодаря сущности метода кодирования, основанного на цветовой (частотной) модуляции. После этого потребуется только минимальная коррекция датчика, чтобы устранить «шум» длин волн. В разработках, выполняемых в настоящее время, исходная полоса пропускания переменной длины волны датчика (FWHM) уменьшена с 20 нм до 4 нм.

См. также:  Излучение гелий-неонового лазера

Хотя по своей сути механизм преобразования в многомодовом волоконно-оптическом датчике с решеткой с линейно изменяющимся периодом основан на смещении, его можно использовать для измерения любых параметров, если результатом их изменения является какой-либо вид смещения. Нелинейную передаточную функцию, связывающую измеряемый параметр со смещением, можно преобразовать в линейную модуляцию длины волны путем соответствующей модификации пространственной зависимости решетки с линейно изменяющимся периодом. Этот метод также совместим мультиплексированием по длине волны. Существующий датчик продемонстрировал способность измерять смещение во всем полезном диапазоне при использовании единственного серийно выпускаемого источника-светодиода.