光纤布拉格光栅(FBG)介绍,光栅的制作

采用适当的光源和光纤增敏技术,可以在几乎所有种类的光纤上不同程度的写人光栅。所谓光纤中的光折变是指激光通过光敏光纤时,光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化,如这种折射率变化呈现周期性分布,并被保存下来,就成为光纤光栅。 光纤中的折射率改变量与许多参数有关,如照射波长、光纤类型、掺杂水平等。如果不进行其它处理,直接用紫外光照射光纤,折射率增加仅为(10的负4次方)数量级便已经饱和,为了满足高速通信的需要,提高光纤光敏性日益重要,目前光纤增敏方法主要有以下几种:1)掺入光敏性杂质,如:锗、锡、棚等。2)多种掺杂(主要是B/Ge共接)。3)高压低温氢气扩散处理。4)剧火。

在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅,其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小,易与光纤耦合,可与其它光器件兼容成一体,不受环境尘埃影响等一系列优异性能。目前应用主要集中在光纤通信领域(光纤激光器、光纤滤波器)和光纤传感器领域(位移、速度、加速度、温度的测量)。

a)内部写入法 内部写入法又称驻波法。将波长488nm的基模氛离子激光从一个端面耦合到错掺杂光纤中,经过光纤另一端面反射镜的反射,使光纤中的人射和反射激光相干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性,其折射率发生相应的周期变化,于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅,它起到了Bragg反射器的作用。已测得其反射率可达90%以上,反射带宽小于200MHZ。此方法是早期使用的,由于实验要求在特制锗掺杂光纤中进行,要求锗含量很高,芯径很小,并且上述方法只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅,因此,这种光栅几乎无法获得任何有价值的应用,现在很少被采用。示。用准分子激光干涉的方法,Meltz等人首次制作了横向侧面曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在接错光纤的侧面相干,形成干涉图,利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。栅距周期由∧=λuv/(2sinθ)给出。可见,通过改变人射光波长或两相干光束之间的夹角,可以改变光栅常数,获得适宜的光纤光栅。但是要得到高反射率的光栅,则对所用光源及周围环境有较高的要求。这种光栅制造方法采用多脉冲曝光技术,光栅性质可以精确控制,但是容易受机械震动或温度漂移的影响,并且不易制作具有复杂截面的光纤光栅,目前这种方法使用不多。 b)光纤光栅的单脉冲写入 由于准分子激光具有很高的单脉冲能量,聚焦后每次脉冲可达J•cm-2,近年来又发展了用单个激光脉冲在光纤上形成高反射率光栅。英国南安普敦大学的Archamban

因此除驻波法用488nm可见光外,所以成栅光源的空间相干性特别重要。成栅光源都是紫外光。根据实验结果,下面分别进行评述。近年来,各种光纤光栅的制作方法层出不穷,这些方法各有其优缺点,光纤的光致折射率变化的光敏性主要表现在244nm紫外光的错吸收峰附近,使用受到限制。成品率低,成栅条件苛刻,大部分成栅方法是利用激光束的空间干涉条纹,主要的成栅光源有准分子激光器、窄线宽准分子激光器、倍频Ar离子激光器、倍频染料激光器、倍频OPO激光器等,窄线宽准分子激光器是目前用来制作光纤光栅最为适宜的光源。它可同时提供193nm和244nm两种有效的写入波长并有很高的单脉冲能量,目前,随光纤光栅的重要性被人们所认识,可在光敏性较弱的光纤上写人光栅并实现光纤光栅在线成栅方法 光纤光栅制作方法中的驻波法及光纤表面损伤刻蚀法。

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