光纤光栅制作方法XXX（XX大学XX学院，武汉湖北430000）摘要：光纤光栅是一种新型的光无源器件,在光纤通信、光纤传感及光纤光学等光纤技术领域中有着广泛的应用前景,近年来成为了一个全球性的研究热点,获得了较大的发展与进步,因此了解光纤光栅制作知识和寻求光纤光栅的最佳制作方法具有重要的意义。
关键词：光无源器件；制作方法；意义；通信中图分类号：TU375.1 文献标识码：A 文章编号：Fiber Optic Fiber Fabrication MethodXXXXXXX(College of mechanical and electric engineering, XXX University, Wuhan 430000, China)Abstract: Fiber Bragg grating is a new kind of optical passive components, such as optical fiber communication, optical fiber sensing and optical fiber optical fiber technology has a broad application prospect in the field of, in recent years has become a global research hot spot, obtained greater development and progress, so fiber grating production knowledge and seeking the best method of making fiber grating of has the vital significanceKey words:Optical passive components. Production method; Meaning; communication1全光通信的研究还处于起步阶段，许多技术难点需要克服。
虽然光纤光栅不能解决全光通信中所有的技术难点，但是对光纤光栅技术和器件的研究可以解决全光通信系统中许多关键技术。
因此对光纤光栅的研究可以促进全光通信网的早日实现。
作为一名光电信息工程的学生，我认为在光纤光栅这个器件上还有更多的东西值得挖掘，光纤光栅主要分为：均匀光纤光栅，均匀长周期光纤光栅，切趾光纤光栅，相移光纤光栅，取样光纤光栅。
光纤光栅是将来很长一段时间内光纤通信系统中最具实用价值的无源光器件之一，利用它可组成多种新型光电子器件，由于这些器件的优良性能使人们更加充分地利用光纤通信系统的带宽资源。
但是我国在这个方面的水平与国际先进水平还有一段距离，不过只有后辈努力才能使中国在这个方向上赶上国际先进水平。
更好的造福人类。
收稿日期：2015-06-xx作者简介：XXX(19XX-), 男, 学士XXXX000@；1光纤光栅制作前期处理办法光纤光栅是利用光纤的光敏性制作,所谓光敏性是指光纤受激后产生永久性的折射率变化的特性。
光栅的制作即是利用紫外光照射光敏光纤,在纤芯形成一种周期性的折射率改变,普通商用光纤光敏特性很差,饱和折射率变化一般不超过3哈10-5,因此如果不对光纤作前期的增敏处理,很难制作出高质量的光纤光栅,目前常用下面几种方案增加光纤的光敏性。
1.1高锗掺杂提高光纤中锗的含量可以使光纤中的锗相关缺陷浓度更高从而有效地提高光纤的光敏特性,在含锗11mo%l的光纤上可获得高达1.8哈10-3的折射率变化量[3]。
但高锗含量光纤不仅需要特殊制备,而且数值孔径较大,与常规光纤熔接时会因模场匹配不好而造成额外损耗。
1.2掺硼光纤中掺硼也可以有效提高锗硅光纤的光敏特性。
Dong[4]在实验中发现掺硼后的相同锗含量光纤折变幅度比不掺杂硼时增加了4倍。
同时,掺硼可以减小光纤数值孔径,允许增大锗含量。
这种方法最大的优点在于突破了纵向驻波法对光纤光栅中心反射波长的限制,使人们可以更充分地利用最感兴趣的波段。
在实验中只要适当调整两个点光源的相对位置和相干波前的曲率半径,就可获得所需周期分布、带宽、反射中心波长的光纤光栅。
1.3刷火从提高光纤氧缺陷的角度出发,Bilodeau[4]等人利用高达1700哈的氢氧火焰对光纤进行了加热处理,处理后242nm 附近的GeO 相关吸收明显提高,用相应波长的UV 光照射后,在普通光纤上获得了大于10-3量级的折射率变化量。
这种光纤增敏机制被称作为刷火。
1.4载氢贝尔实验室的Lemaire 和Atkins 提出,高压低温条件下向光纤内扩散氢可以在不增加光纤损耗的前提下大大提高光纤的光敏特性。
这种方法不仅简单易行,而且可以在任何锗含量的光纤上得到极高的光敏性。
目前利用该方法在普通光纤上很容易获得大于0.01的折射率变化量,可以将折射率差提高10~50倍,超过了光纤包层与纤芯的折射率差。
2 主流的光纤光栅的制作方法2.1内部写入法将波长488nm 的基模氩离子激光从一个端面耦合到掺杂光纤中,经过光纤另一端面反射镜的反射,使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。
由于纤芯材料具有光敏性,其折射率随着光强发生相应的变化,形成与干涉周期相同的光纤光栅,从而起到了布拉格反射器的作用。
K.O.Hill 等人用这种方法制成了第一个光纤光栅[4]。
由于此方法对要写入光栅的光纤要求很高,而且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光栅,制作出的光栅特性不好。
2.2全息曝光法侧面全息曝光法是最早用于横向写入制作光纤光栅的一种方法,入射紫外光经分光镜分成两束,经全反射后相交于光纤上,产生干涉场,形成正弦分布明暗相间的干涉条纹。
光纤经过一定时间的照射,在纤芯内部引起和干涉条纹相同分布的折射率变化,从而在光纤上写入正弦分布的立体光栅。
干涉条纹间距由两束光的夹角决定:d=K/(2sinH)。
式中入为照射光波长;H 为两束光夹角的一半。
通过调整H 可以得到任意的条纹间距。
显然,纤芯上光栅的周期K 即为d 。
这种方法最大的优点在于:(1)它行之有效、操作简单;(2)采用改变两光束的夹角或旋转光纤放置位置的方法都可以方便地改变反射光的波长;(3)如果将光纤以一定的弧度放置于相干场,又可以很容易得到啁啾光纤光栅。
但这种方法亦存在很大的缺 点:(1)全息相干对光源的空间相干性和时间相干性都有很高的要求;(2)欲得到准确的布拉格中心反射波长,对光路的调整有着极高的精度要求,稍有偏差,中心波长就会有很大的偏离;(3)全息相干法要有一定的曝光时间,这就要求在曝光时间内光路保持良好的防震,以避免波长量级的扰动造成光路错位,恶化相干效果。
2.3相位掩膜法相位掩模写入法是现在最有前途、使用最广泛的一种方法。
周期分布的准分子激光条纹对光敏光纤曝光,可以在光纤纤芯中诱发周期折射率调制,形成光纤光栅。
用准分子激光光源照射掩膜,可以形成近场条纹分布。
相位模板是一块在高纯度石英基片上刻制的相位光栅,其基本原理是由+1级和-1级衍射光束之间的干涉在掩模板的后面形成周期为掩模光栅周期一半的近场光强度分布,或者斜入射时利用0级与-1级衍射光束之间的干涉在掩模版的后面形成周期与掩模光栅周期相同的近场光强度分布,从而在位于其后的光纤芯区引起周期性的折射率。
相位掩模法的优点是对光源的相干性要求不高,重复性好,光学系统简单,可靠性高等,并且易得到准确的光纤光栅周期,因此被光纤光栅研究者们广泛采用并得到了很大的发展。
但欲得到高质量的相位光栅必须严格控制相位光栅的刻蚀深度和占空比,否则很难达到预期的目的,而这一点正是这种方法的关键所在。
图1相位掩模版制作光纤光栅示意图2.4逐点写入法逐点写入法是利用聚焦激光束在光纤上移动曝光形成光栅的方法,它一般利用光纤固定光斑逐点运动或光斑固定光纤逐点运动,从而在光纤内写入光栅[7]。
此法要求带动光纤的微电机每一步的步距等于所需要光栅的栅距,对于1550nm 的布拉格反射波长,步距应为0.53Lm,这样小的步距对电机的精度和传动机构的精度要求都非常苛刻。
由于很难将紫外光斑聚焦到1Lm 以下,因此这种技术目前也只能用来制作高阶光栅或长周期光栅。
这种方法的优点是灵活性高,周期容易控制,可以制作变迹光栅,并且非常适合制作长周期光纤光栅,另外对光源的相干性也没有要求;缺点是需要复杂的聚焦光学系统和精确的位移移动技术。
随着各种聚焦系统的研制和精密移动平台的研究,逐点写入法正在越来越多地被采用。
图2逐点写入法制作光纤光栅示意图2.5全息相干法全息相干法也称非相似波前法,是一种方便灵活的制备方法,其原理是:位于同一平面不同点的两个点光源,在菲涅尔近似下相干形成干涉条纹,这些干涉条纹映射到光敏光纤上形成光纤光栅。
图1所示即为利用紫外光全息相干法制作光纤光栅原理图。
两个具有相同光程的相干光束在光纤平台上实现了干涉条纹,在光纤纤芯内引起与干涉条纹相同分布的折射率变化。
这种方法最大的优点在于突破了纵向驻波法对光纤光栅中心反射波长的限制,使人们可以更充分地利用最感兴趣的波段。
在实验中只要适当调整两个点光源的相对位置和相干波前的曲率半径,就可获得所需周期分布、带宽、反射中心波长的光纤光栅。
但这种方法亦存在很大的缺点,给制作带来了诸多问题。
首先,全息相干对光源的空间相干性和时间相干性都有很高要求,而且对周围环境要求严格(如振动会对实验效果产生不良影响);其次,欲得到准确的光纤光栅中心反射波长,对光路的调整有着极高的精度要求。
哈稍有偏差,中心波长就会有很大的偏离。
图3哈全息相干法制作光纤光栅2.6光束干涉法光束干涉法制作光纤光栅是人们较早采用的一种工艺。
它首先通过分束器将光源分成两束等强度的光束,经过相同光程照射在光纤上,形成强度周期变化的干涉条纹,光纤折射率随光强发生周期性的变化便形成了均匀周期光纤光栅。
光栅的周期决定于紫外光的波长和两束光纤间的夹角θ,利用这种方法也可以制成啁啾光栅。
2.7紫外激光双光束干涉法利用紫外脉冲相干写入变迹光栅[12]是一种最新的变迹写入技术。
反射镜可沿x轴方向移动扫描相位掩模板,光纤置于相位掩模板处。
相位掩模板用作分光器,将入射紫外光束分成腐蚀光纤法±1级衍射光,两衍射紫外光束在镜M1、M2上反射。
当紫外光从掩模板右端入射时,干涉图形就会在光纤左端产生干涉,反之亦然。
当紫外光束入射到相位掩模板的中心时,两反向传播的光束的光程差为0;而当紫外光向掩模板边缘移动时光程差会线性增加。
假设脉冲是高斯脉冲,沿光栅方向两脉冲进行卷积就会产生高斯变迹函数,而且平均折射率的变化沿变迹光栅方向是均匀的。
这种方法写入的光栅的变迹图样和光栅长度是固定的。
但是由于这种方法写入光栅具有稳定性、可以提供灵活的布拉格波长选择性,而且对均匀相位掩模板进行单次曝光即可以制成变迹的布拉格光栅等优点,所以还是较好的方法。