圖2中可以看到，泡在甘油溶液中的長周期光柵，是會有光線泄漏出來的（紅點處），而根據斯涅爾定律，外界折射率不同也會影響泄露光的多少，所以最簡單的，如果在光纖另一頭接一個光功率計，那麼根據光的功率變化我們就能推測外界折射率的變化。

長周期可以直接用於折射率感測，圖1（b）中所示的透射谷是由於纖芯的周期性結構導致，如果因為外界環境因素導致這種周期變化（例如拉力、溫度、彎曲），那麼透射谷的位置也會有所漂移，這是光纖光柵共有的特點，所以可以根據谷或峰的漂移來確定這些量。

既然能夠對摺射率進行感測，那麼如果在長周期表面鍍上一層膜或者讓它浸泡在某種材料內，這些物質會隨著外界環境的變化而改變折射率，例如水凝膠的折射率隨PH值會改變，磁流體折射率隨著磁場而改變，石墨烯在吸附一些氣體分子後也會改變折射率……如此一來，也能夠實現對其他很多物理量的檢測。不光是光纖光柵感測器，這也是光纖感測器研究的大熱門。這種光學感測器相比於傳統的感測器的優勢也比較明顯：沒有電火花或者漏電，光纖相比於電線也很便宜（但是光譜儀很貴啊），適合長距離傳輸信號等等。

為了能夠很好的增強與外界的作用，可以嘗試對現有的光纖光柵進行再加工，提升它們的感測靈敏度。而處理方式就多種多樣了，諸如：氫氟酸腐蝕、拉錐、側面機械拋磨、錯位熔接、鍍金屬膜……這些方法一開始是用於處理單模光纖實現感測，現在只不過是再應用到光柵上。比如對於一個布拉格光纖光柵，原本對於包層外界的折射率是不敏感的，但是如果用氫氟酸不斷腐蝕包層，使得包層非常薄，那麼這個布拉格光纖光柵對於外界折射率變化情況就會很靈敏。

此外對於一個光纖折射率感測器而言，級聯一個光柵能夠增加感測的參數數目和精確度。例如一定質量分數的酸在不同溫度下PH值也會隨之變化，所以對於基於水凝膠的PH值的光纖感測器而言，要麼控制其每次測量的溶液溫度一定，要麼就得知道每次測量的溫度。在這時候級聯一個布拉格光纖光柵，從光譜上反射峰的漂移就能知道每次測量時的溫度，通過數學推導我們就能反推出其他溫度下的PH值。當然，想要得到更加精確的結果，可以實驗分別得到溫度和PH值對於折射率感測部分的靈敏度和對於布拉格光纖部分的靈敏度，構建雙參數矩陣來實現精度提升。

光柵級聯也是光纖感測的一大熱門，很多基於干涉原理的光纖感測器是通過不同類型的光纖熔接而成，參考它們在原理不變的前提下，很多也可以通過光柵級聯來實現，下面舉一個例子：

圖3所示一種馬赫-曾德（MZ）干涉型感測器，在SMF(單模)與MMF1（多模）級聯的地方，由於纖芯不匹配導致高階模被激發進入包層，這部分光會受到外界折射率變化的影響，而還有一部分光仍然留在纖芯中前進，這部分光不會受到外界折射率影響。在MMF2這個地方，我個人理解就是因為光路可逆，既然這個結構可以把纖芯模激發到包層，反過來也當然可以把包層耦合回纖芯，那麼耦合回去的光和原本一直呆在纖芯的光就會發生馬赫-曾德干涉。這裡多說一句，如果不加MMF2，只激發高階模而不耦合回纖芯的話，包層模是很容易耗散掉的，所以MMF2是必要的。

這種干涉儀通過干涉光譜的變化，就能反推外界折射率的變化。對於這裡的MMF，如果用長周期光纖光柵去替代，其思路是相似的，因為長周期光纖光柵既有激發高階模的功能，同樣也可以把包層的高階模耦合回纖芯，相比之下由於引入了光柵，還可以實現對溫度的感測。

總結一下，我個人覺得大體就是這五個方面：直接用光柵感測、光柵結合其他功能材料做感測、處理柵區後再做感測、與其他光纖感測器級聯、光柵級聯做感測。這樣介紹可能存在缺點或者遺漏，歡迎糾正和討論，感謝閱讀。

推薦閱讀：