光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。由于光柵光纖具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能埋入智能材料等優(yōu)點，并且其諧振波長對溫度、應變、折射率、濃度等外界環(huán)境的變化比較敏感，因此在制作光纖激光器、光纖通信和傳感領域得到了廣泛的應用。光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵);二是透射光柵(也稱為長周期光柵)。光纖光柵從結構上可分為周期性結構和非周期性結構，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵，色散補償型光柵是非周期光柵，又稱為啁啾光柵(chirp光柵)。

由于光纖光柵與光纖之間天然的兼容性，很容易將多個光纖光柵串聯(lián)在一根光纖上構成光纖光柵陣列，實現(xiàn)準分布式傳感，加上光纖光柵具有普通光纖的許多優(yōu)點外，且本身的傳感信號為波長調(diào)制，測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗不受光源功率波動和系統(tǒng)損耗影響的特點，因此光纖光柵在傳感領域的應用引起了世界各國有關學者的廣泛關注和極大興趣。自從1989年Morey等人首先對光纖光柵的應變和溫度傳感特性進行了研究后，光纖光柵傳感器的應用領域不斷拓展，現(xiàn)在人們已將其逐步應用于多種物理量的測量，制成了各種傳感器。

民用工程結構中的應用

民用工程的結構監(jiān)測是光纖光柵傳感器最活躍的領域。力學參量的測量對于橋梁、礦井、隧道、大壩、建筑物等的維護和狀況監(jiān)測是非常重要的。通過測量上述結構的應變分布，可以預知結構局部的載荷及狀況。光纖光柵傳感器可以貼在結構的表面或預先埋入結構中，對結構同時進行沖擊檢測、形狀控制和振動阻尼檢測等，以監(jiān)視結構的缺陷情況。另外，多個光纖光柵傳感器可以串接成一個傳感網(wǎng)絡，對結構進行準分布式檢測，可以用計算機對傳感信號進行遠程控制。

光纖光柵傳感器可以檢測的建筑結構之一為橋梁。應用時，一組光纖光柵被粘于橋梁復合筋的表面，或在梁的表面開一個小凹槽，使光柵的裸纖芯部分嵌進凹槽得以保護。如果需要更加完善的保護，則最好是在建造橋時把光柵埋進復合筋，由于需要修正溫度效應引起的應變，可使用應力和溫度分開的傳感臂，并在每一個梁上均安裝這兩個臂。

兩個具有相同中心波長的光纖光柵代替法布里-珀羅干涉儀的反射鏡，形成全光纖法布里-珀羅干涉儀(FFH)，利用低相干性使干涉的相位噪聲最小化，這一方法實現(xiàn)了高靈敏度的動態(tài)應變測量。用FFPI結合另外兩個FBG，其中一個光柵用來測應變，另一個被保護起來，免受應力影響，以測量和修正溫度效應，所以FFP～FBG實現(xiàn)了同時測量三個量：溫度、靜態(tài)應變、瞬時動態(tài)應變。這種方法兼有干涉儀的相干性和光纖布拉格光柵傳感器的優(yōu)點。已在5mε的測量范圍內(nèi)，實現(xiàn)了小于1με的靜態(tài)應變測量精度、0.1℃的溫度靈敏度和小于1nε/(Hz)1/2的動態(tài)應變靈敏度。

在電力工業(yè)中的應用

光纖光柵傳感器因不受電磁場干擾和可實現(xiàn)長距離低損耗傳輸，從而成為電力工業(yè)應用的理想選擇。電線的載重量、變壓器繞線的溫度、大電流等都可利用光纖光柵傳感器測量。

在電力工業(yè)中，電流轉換器可把電流變化轉化為電壓變化，電壓變化使壓電陶瓷(PZT)產(chǎn)生形變，而利用貼于PZT上的光纖光柵的波長漂移，很容易得知其形變，從而得知電流強度。這是一種較為廉價的方法，并且不需要復雜的電隔離。另外，由大雪等對電線施加的過量的壓力可能會引發(fā)危險事件，因此在線檢測電線壓力非常重要，特別是對于那些不易檢測到的山區(qū)電線。光纖光柵傳感器可測電線的載重量，其原理為把載重量的變化轉化為緊貼電線的金屬板所受應力的變化，這一應力變化被粘于金屬板上的光纖光柵傳感器探測到。這是利用光纖光柵傳感器實現(xiàn)遠距離惡劣環(huán)境下測量的實例，在這種情況下，相鄰光柵的間距較大，故不需快速調(diào)制和解調(diào)。

在醫(yī)學中的應用

醫(yī)學中用的傳感器多為電子傳感器，它對許多內(nèi)科手術是不適用的，尤其是在高微波(輻射)頻率、超聲波場或激光輻射的過高熱治療中，由于電子傳感器中的金屬導體很容易受電流、電壓等電磁場的干擾而引起傳感頭或腫瘤周圍的熱效應，這樣會導致錯誤讀數(shù)。為測定高頻輻射或微波場的安全性，需用超聲波傳感器檢測一系列醫(yī)療(包括超聲手術、過高熱治療、碎結石手術等)中所用的超聲診斷儀器的性能。近年來，使用高頻電流、微波輻射和激光進行熱療以代替外科手術越來越受到醫(yī)學界的關注，而且傳感器的小尺寸在醫(yī)學應用中是非常重要的，因為小的尺寸對人體組織的傷害較小，光纖光柵傳感器是目前為止能夠做到的最小的傳感器。光纖光柵傳感器能夠通過最小限度的侵害方式測量人體組織內(nèi)部的溫度、壓力、聲波場的精確局部信息。到目前為止，光纖光柵傳感系統(tǒng)已經(jīng)成功地檢測了病變組織的溫度和超聲波場，在30℃-60℃的范圍內(nèi)，獲得了分辨率為0.1℃和精確度為±0.2℃的測量結果，超聲場的測量分辨率為10-3atm/Hz1/2，這為研究病變組織提供了有用的信息。

光纖光柵傳感器還可用來測量心臟的效率。在這種方法中，醫(yī)生把嵌有光纖光柵的熱稀釋導管插入病人心臟的右心房，并注射人一種冷溶液，可測量肺動脈血液的溫度，結合脈功率就可知道心臟的血液輸出量，這對于心臟監(jiān)測是非常重要的。