光纤光栅制作与发展
光纤Brag光栅(FBG)设计
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 光纤Bragg光栅（FBG）设计学院名称：机械工程学院专业班级：光信息学生姓名：学生学号：指导教师：陈明阳目录一、光栅定义和发展历程 (2)1.1、光栅的定义 (2)1.2、光纤Bragg光栅的发现与发展 (2)二、光纤Bragg光栅特点及工作原理 (3)2.1 光纤Bragg光栅的特点 (3)2.2 光纤Bragg光栅的工作原理 (4)三、光纤Bragg光栅的制作方法 (4)3.1 光敏光纤的制备 (4)四、光纤Bragg光栅在光纤激光器里的应用 (5)4.1 光纤激光器简介 (5)4.2 在光纤激光器里的工作原理 (6)4.3 光纤Bragg光栅的设计要求 (7)4.3.1 设计的基本参数要求 (8)4.3.2 设计的基本步骤 (9)五、设计结论及应用前景 (15)5.1 结论及计算结果 (15)5.2 应用前景 (16)参考文献 (17)附程序 (18)一、光栅定义和发展历程1.1、光栅的定义自从19世纪末Henry Rowland发明衍射光栅刻划机和凹面光栅分光装置以来，光栅分光仪器就已成为光谱分析领域的主角。
光栅是光谱分析研究中的重要色散元件，其作用与棱镜相似，但在许多方面光栅的性能更好，并且使用方便。
在许多光谱仪器中，光栅成本仅占总成本的很小部分，但衍射光栅的质量却从根本上决定了整个系统所能达到的光谱性能。
衍射光栅是能对入射光波的振幅和相位或者二者之一进行空间周期性调制的一种光学元件。
通常讲的衍射光栅都是基于夫琅禾费多缝衍射效应进行工作的。
1.2、光纤Bragg光栅的发现与发展光纤布拉格光栅（简称FBG）是在单模光纤的纤芯内通过某种方式对其折射率产生周期性的调制而形成的一种全光纤器件，如图1所示。
图1 FBG的基本结构1978年，加拿大Hill 等人使用如图2所示的实验装置将488nm 的氩离子激光注入到掺锗光纤中，首次观察到入射光与反射光在光纤纤芯内形成的干涉条纹场而导致的纤芯折射率沿光纤轴向的周期性调制，从而发现了光纤的光敏特性，并制成了世界上第一个光纤布拉格光栅。
长周期光纤光栅的原理及制作方法
一．长周期光纤光栅的制作1）振幅掩模法 a UV 曝光振幅掩摸板写入不采用衍射光束干涉条纹“模制”折射率调制图案的办法，而是模板上刻好该图案，通过光学系统，将之投射到光纤上，纤芯折射率发生相应的变化而成栅的[16]。
写入后对其退火，以稳定光学特性。
振幅掩模板通常用于长周期光纤光栅的写入。
实验装置如图1所示。
因为长周期光纤光栅的周期一般为几百微米，掩模板的制作很方便，而且精确，容易得到保证，所以用这种方法制作的光栅，其一致性和光谱特性比较好，而且对紫外光的相干性没有要求。
图1 振幅掩模法制作LPFG 的实验装置b 离子注入将高能量离子注入到各种石英玻璃中可以产生高达约10-2的折射率变化。
利用这一特性可以用离子注入法在石英光纤中制作高性能的光纤光栅。
将高能量He 2+注入到光纤中制作LPFG [17]。
实验中所使用的方法是振幅掩模法，制作原理如图2所示。
经加速后的高能量He 2+通过金属掩模板注入到光纤上，加速能量为5．1MeV 。
掩模周期为170μm ，间距为60μm ，共29个周期。
注入20×1015He 2+／cm 2剂量后，在普通通信光纤中制作了在14l0nm 处约16dB 大损耗峰的LPFG 。
离子注入法产生折射率变化的机理可能是玻璃结构的致密化。
它的缺点是在包层中会感生很高的折射率变化。
不过，这一缺点可以通过选择窄间距的掩模板，使离子只注入到纤芯中来解决。
通过选择短周期的掩模板，也可以制作FBG 。
离 子图2 离子注入法写入LPFG 示意图2） 电弧感生微弯法利用电弧导致的永久微弯制造灵活剖面控制的LPFG [18]，如图所示。
光纤去除护套后，用两个相距5.5cm 的夹具笔直固定，然后将一个夹具沿与光纤轴向正交的方向向下位移大约100μm ，从而在光纤上产生一个横向的应力。
电弧在某一点放电时，在剪切应力的作用下产生微弯，微弯的幅度典型值小于1μm ，用这种方法制作的光栅谐振波长只与光栅周期有关，而与耦合强度无关，所以光栅的中心波长、反射率等特性易于控制。
通信与信息工程专业论文-光纤光栅传感技术应用设计
天津理工大学2004届毕业设计第一章绪论光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在光纤内建立的一种空间周期性折射率分布，其作用在于改变或控制光在该区域的传播行为与方式。
作为一种新型的光学器件，光纤光栅已经在诸多方面得到了不同的应用。
相信在不久的将来随着光纤光栅与其他技术的进一步结合，其可应用前景会更为广阔。
1.1光纤光栅的发展历史光纤技术自20 世纪60 年代末至今在不到30 年的时间里以惊人的速度发展成为信息技术领域中的支柱性高新技术。
然而, 随着现代社会对信息技术的更新更高的要求, 光纤通信、光纤传感技术正面临着新的挑战。
传统光学器件由于制作的复杂性和体积大而笨拙等原因无法适应新技术的要求。
因此光纤光栅应运而生。
光纤光栅是利用石英光纤的紫外光敏特性将光波导结构直接写在光纤中形成的光纤波导器件。
该技术最早出现于1978年，加拿大的K.O.Hill在掺锗光纤中，用488nm氩离子激光在光纤中产生驻波干涉条纹，首次发现了在掺锗光纤中的光致光栅现象，并制造出世界上第一条光纤光栅。
从此开创了光纤光栅发展的历史。
这种方法制作的Bragg光纤光栅反射滤波器的线宽可以很窄，反射率也较高，但只能制作反射波长和写入波相同的光纤反射器，通过加外力的方法使光栅的调谐范围较小，大大限制了他的应用。
此后由于制作工艺及应用的局限这项技术一直未得到进一步的发展，历经十年进展缓慢。
直到1989年，美国的Meltz等人利用两束干涉的紫外光从光纤的侧面成功地写入了光栅，研制成功Bragg光纤光栅滤波器。
Archambult等人也报道了用单个准分子激光器制作近100%反射率的Bragg光纤光栅滤波器的方法。
这标志着光纤光栅技术进入了快速发展的阶段。
此后随着写入方法的不断改善；光敏性的逐渐提高；各种特种光栅也相继问世；同时光纤光栅的应用前景也得到了广泛的关注。
特别是近年来光纤光栅在光通信、光纤激光器和光纤传感器等领域的应用越来越受到人们的重视，取得了令人瞩目的成就。
光纤布拉格光栅(FBG)
多功能FBG
研发具有多参量感知能力 的FBG，如同时感知温度 和应变，提高FBG在实际 应用中的多功能性。
耐久性和稳定性
提高FBG的长期稳定性和 耐久性，使其在恶劣环境 下仍能保持可靠的传感性 能。
FBG在物联网领域的应用前景
智能交通
工业自动化
利用FBG传感器监测道路状况、车辆 速度和流量等信息，提高交通管理效 率和安全性。
光纤布拉格光栅(FBG)
contents
目录
• 引言 • FBG的基本原理 • FBG的制造工艺 • FBG的应用案例 • FBG的未来发展与挑战 • 结论
01 引言
FBG的定义与特性
定义
光纤布拉格光栅是一种特殊的光纤结 构，通过在光纤中产生周期性的折射 率变化，实现对特定波长光的反射。
特性
FBG具有窄带反射特性，反射光谱范 围窄、精度高、稳定性好，且易于与 光纤系统集成，适用于长距离、高可 靠性的光信号传输和传感应用。
写入技术
目前最常用的写入技术是 采用紫外激光干涉法，通 过在光纤上产生干涉图案 来形成光栅。
写入速度与精度
提高写入速度和精度是关 键技术难点，这有助于提 高生产效率和降低成本。
FBG的性能参数与测试方法
性能参数
01
光纤布拉格光栅的性能参数包括反射光谱、温度稳定性、机械
稳定性等。
测试方法
02
对光纤布拉格光栅的性能参数进行测试，可以采用光谱分析仪、
优势
FBG具有高灵敏度、高精度、抗电磁干扰等优势，使其在许多领域 中成为理想的选择。
未来发展前景
随着科技的不断发展，FBG的应用前景将更加广阔，其在各个领域 中的价值也将得到更充分的体现。
FBG的未来发展方向与挑战
光钎通信器件 第四章 光纤光栅原理及应用
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知识点回顾
光纤光栅：
用特定波长的激光以特定方式照射光纤，导致光 纤内部的折射率沿轴向形成周期性或非周期性的空间 分布，形成光栅结构，并且能精确控制谐振波长。
光纤光栅的的主要制作方法：
1. 纵向驻波写入技术(内部写入技术)
2. 横向全息写入技术 3. 相位掩模写入技术 4. 逐点曝光写入技术 5. 振幅掩模写入技术
1. 电磁调谐
将光纤光栅固定在磁致伸缩棒上，连同该磁致 伸缩棒置于均匀磁场中，磁致伸缩棒将磁力转化为 应力作用于光栅上，从而完成光纤光栅波长的连续 均匀调谐。103mT的磁场产生1.1nm的漂移量。
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14
光纤通信器件
光纤光栅工作原理
如何产生光纤光栅波长的非均匀调谐，即调谐 后为啁啾光纤光栅？
8
光纤通信器件
光纤光栅的封装工艺与技术
二、掺杂光纤的光敏性
1. 掺杂光纤光敏性机理
➢掺杂物质与SiO2混合时形成的结构缺陷 ➢外界光场作用下通过单光子或双光子吸收过程使错位键破裂 形成色心
➢标准光纤：GeO2 ➢其它掺杂：Erbium（铒）, Europium（铕）, Cerium（铈） 2. 影响光纤光敏性的因素
15.02.2021
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光纤通信器件
光纤光栅工作原理
2. 热调谐法 热调谐法是基于折射率与温度的依赖关系，实
验证明：光纤布拉格光栅波长的温度灵敏度为0.011 nm/oC（或者0.015nm/oC ）。热调谐的方法可以使 光纤光栅波长的调谐量达到30nm，但是调谐温度不 易控制，容易受应力的交叉影响，而且热传递速度 缓慢决定调谐过程缓慢，以至于适用价值不是很大。
第5讲光纤布拉格光栅(FBG)解读
掺N2（氮气）
• SPCVD过程中，加入0.1%氮气可使光敏性加 倍 • 折射率变化～2.8×10-3
高温载氢处理
• 在含氢1mol%环境下，使用CO2激光将 光纤加温至600℃ • 短时间（10秒）内增加光纤的光敏性
光电子技术精品课程
光纤光栅分类
Ⅰ类光栅
掺杂浓度较低的光纤内形成 较低UV曝光量 局部缺陷引起折射率变化 折射率变化⊿n～10-5—10-3＞0 温度稳定性较差（300℃） 可使脉冲或连续激光，前者更有效 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)的光纤内形成 较高UV曝光量（ ＞ 500J/cm2)， 结构重构引起折射率变化 折射率变化⊿n＜0 温度稳定性较好（500℃） 可使脉冲或连续激光 极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度 物理破坏引起折射率变化 折射率变化⊿n可达10-2 温度稳定性好（800℃） 只能使用脉冲激光
WDM Transmitters
• Source lasers (CW, DML) • Lithium niobate optical assemblies and modulators • Wavelockers • Tx/Rx modules
WDM Mux/Demux
• Thin film filters • Fibre gratings • Waveguides • Diffr. gratings • Circulators • Interleavers • Mux/Demux modules
光致折射率变化的阈值特性(右上图)
折射率变化的温度稳定性(右下图)
光致折射率变化使光纤处于一种亚 稳态 在一定温度下，折射率变化变小甚 至完全消失
光纤分布式测温光纤光栅
光纤分布式测温光纤光栅1.引言1.1 概述光纤分布式测温光纤光栅是一种新型的测温技术，采用光纤传感器和光栅技术相结合，能够在光纤上实现实时、连续和分布式的温度监测。
光纤分布式测温技术在工业生产、能源开发、交通运输等领域具有广泛的应用前景。
光纤分布式测温技术通过在光纤上布置一定的光栅结构，实现对光的频率或相位的测量，从而间接测量出光纤所处位置的温度。
相比传统的点式温度传感器，光纤分布式测温技术具有以下优势：首先，光纤分布式测温技术可以实现对大范围区域的温度监测。
传统的点式温度传感器只能在特定的位置进行测量，而光纤分布式测温技术可以在整个光纤传感区域内进行连续的温度监测，从而实现对整个区域的温度分布进行实时监测。
其次，光纤分布式测温技术具有高精度的优势。
光纤传感器的传感元件通常采用光纤光栅，可以对光的频率或相位进行高精度的测量，从而实现对温度的精准测量。
同时，光纤的传输性能良好，不易受到外界干扰，可以保证测温的准确性和稳定性。
此外，光纤分布式测温技术还具有快速响应和实时监测的特点。
由于光纤传感器的测量原理是基于光的传输特性，具有传输速度快的特点，可以实时监测温度变化，对温度异常进行及时响应。
综上所述，光纤分布式测温光纤光栅是一种具有广泛应用前景的测温技术。
它的分布式测温能力、高精度测量、快速响应和实时监测等优势，使其在工业生产、能源开发、交通运输等领域都有很大的潜力。
本文将详细介绍光纤分布式测温光纤光栅的工作原理、应用领域以及发展趋势，并对其未来的发展进行展望。
1.2 文章结构文章结构部分应该包括整篇文章的组成和章节划分的介绍。
以下是文章结构部分的内容建议：文章结构：本文总共包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要概述了光纤分布式测温光纤光栅的背景和意义。
正文部分主要介绍了光纤分布式测温技术和光纤光栅的原理、应用等相关内容。
结论部分对全文进行总结，并展望了未来的研究方向。
章节划分：引言部分：首先介绍了光纤分布式测温光纤光栅的背景和意义，引发读者对该领域的兴趣，然后概述了整篇文章的结构和各个章节的内容。
光纤光栅传感器及其发展趋势
光纤光栅传感器及其发展趋势
光纤光栅传感器是一种基于光纤的传感器技术，可以用来实现对各种物理量的测量，如温度、压力、振动等。
它通过在线纤维中引入一种特殊的光栅结构，利用光的干涉原理来实现传感器的功能。
光纤光栅传感器具有高灵敏度、抗干扰能力强、体积小、重量轻等优点，在工业自动化、能源、航空航天等领域有着广泛的应用。
1.多功能化：随着传感器技术的不断发展，光纤光栅传感器的功能也在不断拓展。
除了传统的温度、压力等物理量测量，光纤光栅传感器还可以用于光谱分析、气体检测等多种应用。
未来的发展将进一步推动光纤光栅传感器的多功能化。
2.微型化和集成化：光纤光栅传感器的体积和重量较小，但还有进一步微型化和集成化的潜力。
对于一些特殊应用场景，如微型器件和生物医学等领域，需要更小、更灵活的传感器。
微型化和集成化将进一步推动光纤光栅传感器的应用范围。
3.高灵敏度和高分辨率：传感器的灵敏度和分辨率是评价传感器性能的重要指标之一、随着光纤光栅传感器技术的进步，其灵敏度和分辨率也将不断提高，以满足更高要求的应用场景。
4.大规模应用：光纤光栅传感器的成本一直是限制其大规模应用的主要因素之一、随着材料和制造工艺的进一步发展，光纤光栅传感器的成本将会降低，从而进一步推动其在各个领域的大规模应用。
总的来说，光纤光栅传感器作为一种高性能、多功能的传感器技术，在未来将会有广泛的应用前景。
随着技术的不断提升和创新，光纤光栅传
感器的功能、性能将会进一步强化，同时也将会更加适应各个领域的需求。
这些发展趋势将进一步推动光纤光栅传感器的应用范围和市场规模的扩大。
光纤光栅传感技术的发展及应用
光纤光栅传感技术的发展及应用单嵩北京工业大学应用数理学院 000612班指导教师：王丽摘要本文综述了当前国内外对光纤光栅传感器的研究历史和现状，论述了光纤光栅传感器的工作原理，介绍了传感器在响应压力方面的研究，并讨论了光纤光栅传感器所面临的问题。
关键词光纤，光栅，传感器一、引言光纤通信技术在过去二十年里有了惊人的发展，它的出现，使得全球电信网络上的传输需求以指数速率增长。
而新一代光纤技术——光纤光栅将在光纤技术以及众多相关领域中引起一场新的技术革命。
1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.HILL等人在研究光纤非线性光学性质时偶尔地制成了最初的光纤光栅并发现掺锗石英光纤紫外光敏特性。
所谓光敏性是指光纤材料在一定波长的强光照射下，其折射率会发生永久变化。
而折射率沿光纤按一定规律变化就可形成各种光纤光栅。
1989年G.Meltz等人首次利用244nm的紫外光采用全息干涉的方法制作了侧面写入的光纤光栅，使得制作各种波长的光纤光栅成为可能。
光纤光栅作为一种全光器件，其主要优点是低损耗、易于与其他光纤耦合、偏振不敏感，温度系数低、容易封装。
根据光纤周期的不同，光纤光栅可以被分为短周期光纤光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPFG）。
短周期光栅又称为Bragg光栅，它的周期尺寸可以与工作波长相比拟，一般约为0.5μm 。
Bragg光栅可以有很多种应用，从滤波器、光分插复用器到色散补偿器。
长周期光栅又称为传输光栅，它的周期要比工作波长大得多，从几百微米直到几个豪米。
长周期光纤光栅的工作原理与Bragg光栅有所不同。
在光纤Bragg光栅中，对于适当的波长，纤芯中前向传播模式的能量会被耦合进入后向传播模式中。
而在长周期光栅中，纤芯中前向传播模式的能量将会被耦合到包层中前向传播的其它模式中。
这些包层中的模式都是极高损耗的，随着它们沿光纤的传播，其能量迅速衰减。
目前长周期光栅主要被用作滤波器及在掺铒光纤放大器中补偿不平坦的增益谱。
光纤光栅在高功率连续光纤激光器中的发展及展望
背景介绍
掺铥光纤激光器是一种基于铥离子（Tm）在光纤中的掺杂和激活而形成的光 纤激光器。由于铥离子具有较长的激发态寿命和较高的量子效率，因此掺铥光纤 激光器具有较高的转换效率和单色性好的优点。此外，掺铥光纤激光器还具有较 高的抗化学腐蚀性和温度稳定性，因此在恶劣环境下也有较好的应用前景。
研究进展
4、光栅反馈：在某些高功率连续光纤激光器中，光纤光栅还可以作为反馈 元件，实现对激光器输出波长的监控和调节。
参考内容
引言
随着科技的不断发展，激光技术已经广泛应用于工业、医疗、科研等领域。 在各种激光器中，光纤激光ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ以其高效率、高可靠性、长寿命等优点逐渐成为研 究的热点。特别是高功率连续掺铥光纤激光器，由于其在军事、工业和医疗等领 域具有广泛的应用前景，因此备受。本次演示将介绍高功率连续掺铥光纤激光器 的研究进展。
光纤光栅在高功率连续光纤激光 器中的应用发展
随着高功率连续光纤激光器的不断发展，对光纤光栅的需求也在不断增加。 光纤光栅在高功率连续光纤激光器中的应用主要包括以下几个方面：
1、波长选择：光纤光栅可以作为滤光片，只允许特定波长的光通过，从而 实现对激光波长的精确控制。这对于高功率激光器的应用非常重要，因为波长的 精确控制可以避免热效应和非线性效应，从而提高激光器的稳定性和效率。
三、高功率光纤激光器的理论研 究
1、数值模拟：数值模拟是研究高功率光纤激光器的重要手段。通过建立数 学模型，对光纤激光器的性能进行模拟和分析，可以预测和优化光纤激光器的性 能参数，提高其转换效率和光束质量。
2、非线性光学效应：高功率光纤激光器在输出功率较高时，会产生非线性 光学效应，如自聚焦、自脉动等。这些效应会对光纤激光器的性能产生影响，因 此需要对这些效应进行理论研究，以优化光纤激光器的设计。
光纤光学8-光纤光栅 PPT
光纤光栅
基于FBG桥梁的智能检测
国内在光纤光栅传感技术方面的应用没有国外如此 普及，但在桥梁、民建工程以及石油化工等领域 也有不少的应用，比如:上海卢浦大桥、海口世纪 大桥、汾河大桥 、松花江斜拉桥，深圳会展中心， 西气东送工程、大庆输油管道以及其他基础设施 的健康检测。
二、在光纤通信中的应用
A. 光源 a. DFB 光纤光栅激光器 b. DBR光纤光栅激光器 c. 光纤光栅外腔半导体激光器 B. 波分复用器(WDM) C. 光分插复用器(OADM) D. 光放大器中的应用 E. 色散补偿 F. 光交叉连接器(OXC)
主要有应变传感器、温度传感器、加速度 传感器、位移传感器、压力传感器等
市场上每种传感器均有多种系列，产品种类更是 多不胜数，我们着重向大家介绍几种不同公司 的光纤光栅温度传感器
结束了，
谢谢观看！
下面我们主要介绍光纤光栅在传感方面的 应用，即光纤光栅传感器
光纤光栅的传感机制包括应变引起的弹性形变 （elastic distortion）和弹光效应（strain-optic effect），温度引起的热膨胀效应（thermo expansion effect）和热光效应（thermo-optic effect），以及磁场引起的法拉第效应 （Faraday effect），基于光纤光栅对温度和 应变直接敏感，可制成用于检测应力、应变、 温度、压力、振动、位移、加速度、倾角等多 种参量的光纤传感器和光纤传感网。
内部写入法
横向全息写入技术（侧面曝光法）
光纤光栅应用
一、在传感领域的应用
FBG传感的基本原理是利用折射率和光栅周期对 外界参量的敏感特性
I 入射光谱 I 出射光谱
温度或应变变化引起
Bragg波长的偏移
2024年光纤光栅市场发展现状
光纤光栅市场发展现状摘要光纤光栅是一种有效的光纤传感器，广泛应用于光通信、电力系统以及医疗设备等领域。
本文将就光纤光栅的基本原理介绍、市场规模以及发展趋势进行分析，以期对光纤光栅市场的现状有更深入的了解。
1. 引言光纤光栅是一种基于光纤中折射率周期变化的光学器件。
通过在光纤中形成周期性的折射率变化，可以使光纤光栅具有特殊的光学特性，从而实现光纤传感、光谱分析等应用。
由于其高灵敏度、高分辨率和实时性等优势，光纤光栅在光通信、电力系统以及医疗设备等领域有着广泛的应用。
2. 光纤光栅的基本原理光纤光栅的基本原理可以归结为两个方面：衍射原理和光纤折射率的周期性变化。
2.1 衍射原理当光线通过光纤光栅时，会与光纤光栅表面的周期性结构发生相互作用。
根据衍射原理，光线会按照一定的角度进行衍射，而这种衍射效应被光纤中的折射率周期性变化所调制。
2.2 光纤折射率的周期性变化光纤光栅的核心是在光纤中引入周期性的折射率变化。
一般常见的制备方法有两种：UV曝光法和激光干涉法。
通过这种方法，可以在光纤中形成周期性的折射率变化，从而实现光纤光栅的制备。
3. 光纤光栅市场规模光纤光栅市场近年来呈现出快速增长的趋势。
主要原因如下：3.1 光通信领域的应用增加随着光通信技术的不断发展，对高性能光纤传感器的需求也在增加。
光纤光栅作为一种重要的光纤传感器，其在光通信领域的应用不断扩大，推动了光纤光栅市场的增长。
3.2 电力系统领域的应用拓展光纤光栅在电力系统中有广泛应用，能够实现电力线路的实时监测和故障诊断。
随着电力系统的智能化发展，对光纤光栅的需求也在增加，进一步推动了光纤光栅市场的增长。
3.3 医疗设备领域的需求增长光纤光栅在医疗设备中的应用也在不断增加。
例如，在光学相干断层扫描（OCT）技术中，光纤光栅被用作成像探头，用于实时观察和诊断。
随着医疗设备市场的快速发展，对光纤光栅的需求也在增加。
4. 光纤光栅市场发展趋势光纤光栅市场发展的主要趋势可以总结为以下几个方面：4.1 技术不断创新随着科技的进步，光纤光栅的制备技术和性能有了长足的发展。
光纤光栅传感系统的研究与实现共3篇
光纤光栅传感系统的研究与实现共3篇光纤光栅传感系统的研究与实现1光纤光栅传感系统的研究与实现光纤光栅传感系统是一种基于光纤光栅技术的传感技术。
该技术主要利用光纤光栅光栅化准确的传播特性和与周围环境的相互作用，实现光谱、温度、应力、压力等物理量的测量和控制。
目前，光纤光栅传感系统已经越来越受到人们的关注和重视，在工业、航空、能源、通信和环保等领域得到广泛应用。
光纤光栅传感系统的原理是基于光纤光栅的光栅化现象，其中，光纤光栅是一种光纤加工技术，通过将光纤中的几何结构改变，实现光的频率选择性散射，并产生光栅化现象。
当光经过光纤光栅时，光的频率与光纤光栅的光栅周期匹配，将发生布拉格反射，从而产生光谱峰。
当环境参数发生变化时，光纤光栅的光栅周期、折射率和长度等特性也随之变化，从而导致光谱峰的变化。
通过检测光纤光栅的反射光谱，可以实现对环境参数的测量和控制。
光纤光栅传感系统有很多优点，例如，实时性高、精度高、稳定性好、抗干扰性强、容易集成化等。
因此，光纤光栅传感系统在工业、航空、能源、通信和环保等领域得到了广泛应用。
例如，在能源领域中，光纤光栅传感系统可以实现对石油、天然气、水电、风力、光伏等能源的监测和控制。
在通信领域中，光纤光栅传感系统可以实现对光纤通信信号的测量和控制。
在环保领域中，光纤光栅传感系统可以实现对大气、水质和土壤等环境参数的实时监测和控制。
光纤光栅传感系统的研究和实现需要掌握一定的光学、光纤、信号处理、传感器等专业知识。
其中，光学是光纤光栅传感系统实现的基础，主要包括光源、光纤、光栅、波长选择器、光谱分析器等；光纤是光纤光栅传感系统实现的关键，主要包括单模光纤、多模光纤、纤芯直径、纤芯的材质等；信号处理主要是对光谱峰的数字化处理和滤波、放大、数据存储和显示等；传感器主要是具有合适特性的感受元件，可以将环境参数和光纤光栅的物理变化相互转换。
总之，光纤光栅传感系统是一种新型的传感技术，具有重要的应用前景。
光纤光栅制作及应用
1、光纤光栅 2、光纤光栅制作 3、光纤光栅的调谐 4、光纤光栅的应用
1光纤光栅
光纤技术是研究光导纤维的光学特性及其应 用的一门新兴学科，是当今和未来信息科学 的重要支柱。自从本世纪70年代初第一根实 用化光纤问世以来，光纤技术得到了迅猛的 发展。从信息领域的角度来考虑，光纤技术 主要涉及两个方面：光纤通信技术和光纤传 感技术。
B 2neff
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众所周知，反射镜在任一光学系统中都占有重要地位，那麽光 纤光栅就相当于一个直接刻画在光纤内部的可精确控制反射率 和反射波长的反射镜，它的出现已极大地促进了光纤通信和光 纤传感的发展。
1光纤光栅
2光纤光栅制作
1 布拉格光纤光栅的制作
1） 内部写入法 内部写入法又称驻波法。Hill早在1978年，用图1所示的实验 装置制作了历史上第一个布拉格光纤光栅。 将波长488nm的 单模氩离子激光从一个端面耦合输入到锗掺杂光纤中。从光纤 中返回的光经过分光器，由光电探测器1监测,而透射光则由光 电探测器2接收。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， 其折射率发生相应的周期性变化，于是形成了与干涉周期一样 的立体折射率光栅。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，因此，其实用 性受到限制。
1光纤光栅
光纤光栅的光学特性
光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折射率的变化将引起不 同光波模式之间的耦合，并且可以通过将一个光纤模式的功率部分或完 全地转移到另一个光纤模式中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤 中，纤芯中的入射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层 模中，这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即
光栅
光纤光栅光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。
当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
定义光纤光栅是利用光纤材料的光敏性（外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起的折射率永久性变化），在纤芯内形成空间相位光栅，其作用的实质是在纤芯内形成（利用空间相位光栅的布拉格散射的波长特性）一个窄带的（投射或反射）滤光器或反射镜。
主要特点光纤光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应影响、极化不敏感、易于与光纤系统连接、便于使用和维护、带宽范围大、附加损耗小、器件微型化、耦合性好、可与其他光纤器件融成一体等特性，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低，因此它具有良好的实用性，其优越性是其他许多器件无法替代的。
这使得光纤光栅以及基于光纤光栅的器件成为全光网中理想的关键器件。
1978年K.O.Hill等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成第一只光纤光栅，经过二十多年来的发展，在光纤通信、光纤传感等领域均有广阔的应用前景。
随着光纤光栅制造技术的不断完善，光纤光敏性逐渐提高；各种特种光栅相继问世，光纤光栅某些应用已达到商用化程度。
应用成果日益增多，使得光纤光栅成为最有发展前途、最具代表性和发展最为迅速的光纤无源器件之一。
分类随着光纤光栅应用范围的日益扩大，光纤光栅的种类也日趋增多。
根据折射率沿光栅轴向分布的形式，可将紫外写入的光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。
其中均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度和折射率变化的周期(也称光纤光栅的周期)均沿光纤轴向保持不变的光纤光栅，如均匀光纤Brag光栅(折射率变化的周期一般为0.1um量级)和均匀长周期光纤光栅(折射率变化的周期一般为100um量级);非均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度或折射率变化的周期沿光纤轴向变化的光纤光栅，如chirped 光纤光栅(其周期一般与光纤Bragg光栅周期处同一量级)、切趾光纤光栅、相移光纤光栅和取样光纤光栅等。
光纤光栅传感技术的应用与发展
光纤光栅传感技术的应用与发展光纤光栅传感技术是指通过在光纤内部刻写一定的光栅结构，利用光栅和光纤的相互作用实现对物理量的测量的技术。
该技术具有灵敏度高、精度高、响应快和可靠性好等优点，已被广泛应用于工业、军事、生物医学等领域，并不断得到发展和改良。
一、应用领域1. 工业领域光纤光栅传感技术在工业领域主要应用于传感器领域，包括温度、压力、应力、振动等物理量的测量。
例如，利用光纤光栅传感技术可以实现对结构严密性和耐久性的实时监测，保证各种工业生产流程的稳定性和安全性。
2. 军事领域在军事领域，光纤光栅传感技术被广泛应用于火炮固定位系统、弹药储存和输送系统、导弹制导系统等领域。
3. 生物医学领域光纤光栅传感技术也广泛应用于生物医学领域。
通过对生物体内温度、压力、流速等生物参数的测量，可以实现对患者的精准治疗，为医学研究提供技术支持。
二、技术发展光纤光栅传感技术虽在以上领域得到广泛应用，但也面临着许多技术难题，例如信号干扰、自身稳定性等方面。
因此，技术研发人员不断改进和开发新技术，以满足各种实际应用环境的需求。
1. 新型光纤光栅传感技术新型光纤光栅传感技术包括弯曲光纤光栅、光纤微结构传感技术、多模干涉光纤光栅传感技术等。
这些技术在灵敏度和稳定性方面都有了显著提高。
2. 光谱光纤传感技术光谱光纤传感技术是近年来发展起来的一种新技术。
它利用光栅和光纤的互作用，将光信号转换为光谱信号，并通过光谱分析技术实现物理量的测量。
该技术具有非接触、快速、精确等特点，被广泛应用于生物医学、环境监测、化工等领域。
三、未来展望随着现代科技的不断发展，光纤光栅传感技术将在许多领域得到广泛应用，并不断进行技术升级和改进。
例如，基于光纤光栅传感技术的智能化生产系统、智能化城市建设等新应用领域将会广泛涉及。
同时，研发人员也会继续针对光纤光栅传感技术的实际应用需求，开发更加灵敏、精确、稳定的新型传感技术，以推动光纤光栅传感技术的发展和应用。
光纤光栅
光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Bragg光栅（也称为反射或短周期光栅），二是透射光栅（也称为长周期光栅）。
光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅；其中，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅（chirp光栅）。
目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
1）短周期光纤光栅的制作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Archambanlt等人对此方法进行了研究，他们认为这一过程与二阶和双光子吸收有关。
光纤光栅制作与发展
光纤光栅的制作与发展1.1 光纤材料的光敏性光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。
对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。
石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。
虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置，但是Ge的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。
由于纯石英玻璃的吸收带位于160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。
这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此，光纤的光敏性与掺杂有关。
一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。
起初，曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现，光栅不能从纯硅纤芯生长，OH基对光纤的光敏性不是必要的。
但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。
比如，基于硅基光纤的掺铕光纤，掺铈光纤，掺饵锗光纤，以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。
然而从实用的观点来看，最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。
在光纤材料中掺锗以后将产生位于180nm，195nm，213nm，240nm，281nm，325nm，517nm等多个附加的吸收带，其中240nm和195nm为强吸收带。
240nm吸收带的宽度约为30nm，325nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。
通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nm和193nm的紫外光波段上。
1.2 光纤材料的增敏技术自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。
标准单模通讯光纤中掺有3%的锗，典型的光致折射率变化为~3×10-5。
由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系，因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。
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光纤光栅的制作与发展光纤材料的光敏性光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。
对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。
石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。
虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置，但是 Ge的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。
由于纯石英玻璃的吸收带位于160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。
这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此，光纤的光敏性与掺杂有关。
一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。
起初，曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现，光栅不能从纯硅纤芯生长，OH基对光纤的光敏性不是必要的。
但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。
比如，基于硅基光纤的掺铕光纤，掺铈光纤，掺饵锗光纤，以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。
然而从实用的观点来看，最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。
在光纤材料中掺锗以后将产生位于180nm，195nm，213nm，240nm，281nm，325nm，517nm等多个附加的吸收带，其中240nm 和195nm为强吸收带。
240nm吸收带的宽度约为30nm，325nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。
通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nm 和193nm的紫外光波段上。
光纤材料的增敏技术自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。
标准单模通讯光纤中掺有3%的锗，典型的光致折射率变化为~3×10-5。
由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系，因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。
一般地，增加掺锗浓度可导致~5×10-4的光致折射率变化。
但是用这种方法提高光纤材料的光敏性有一个很大的不利因素，即增加光纤芯区含锗量将增大光纤芯区和包层折射率之差。
为保证光纤只能进行单模传输，必须减少光纤的芯径。
当芯区的锗含量很高时，光纤的芯径将要非常小，这将影响光敏光纤与普通单模光纤的匹配性能。
因此，寻求更为有效的光纤材料增敏方法具有非常重要的意义。
提高光纤材料紫外感光特性的方法可以从以下几个方面考虑：（1）增加光纤材料中的缺陷浓度。
（2）在光纤材料中掺入具有较大紫外吸收系数的杂质。
（3）在光纤的芯区或包层中掺入适当杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度。
目前，已经有多种有效的光纤材料增敏方案在实验室应用。
这些方案主要分为三种，即载氢技术、光纤还原法和多种掺杂。
载氢增敏技术o C的氢气中，这种方法将氢气以分子形态扩散入光纤的芯区。
载氢光纤在收到紫外光照射的时候或者加热时将引起氢气的与掺锗石英玻璃之间的化学反应，即H2分子在Si-O-Ge区发生变化，形成与折射率有关的Ge-OH，Si-OH，Ge-H，Si-H等化学键和缺氧锗缺陷中心，从而提高光纤材料的光致折射率变化，可以使任何类型的掺锗石英光纤材料的光敏性提高1~2个数量级，并在其上写入高反射率的光栅。
这样可使折射率变化Δn比原来的变化提高两个数量级，可达~×10-3。
另外，也可以对光纤载氘来达到光纤增强光敏性的目的。
载氢技术的优势是可在任何锗硅或无锗光纤中生产Bragg光栅，而且未曝光的载氢光纤段在通信窗口的吸收损耗可以忽略。
载氢光纤的形成的折射率变化是持久的，但是由于光纤中存在未反应的氢，使光栅的折射率随时间而发生变化，引起紫外写入光栅的Bragg波长的变化。
因此，载氢光纤的热稳定性很差，一般在室温下放置两个星期其折射率深度就下降11%。
探索提高温度稳定性的光纤光栅制作技术具有重要意义，一种方法是对其进行加速老化，即用事后热处理来稳定其波长；另一种方法是载氢光纤先经均匀曝光预处理再写入光栅。
光纤材料的换原性处理由于光纤材料的光敏性与光纤材料的中的缺氧锗缺陷浓度直接相关，且两者近似地成正比关系，因此可以通过在光纤拉制中完成后用氢灯对所要曝光的光纤段进行“焰刷”处理。
1993年，等人把拉制好的标准通信锗光纤拟写入光栅的一段放在~1700o C的氢氧焰下灼烧，使光纤在240nm处的吸收增加。
该作用指发生在含GeO的纤芯，对包层没有影响。
紫外照射灼烧后的光纤可得到大于10-3的折射率变化，使光纤材料的光敏性提高了一个数量级。
用这种方法增强光敏性不会产生折射率的飘移。
由于对曝光区段的光纤进行处理，因此这种方法对两个主要的通信窗口几乎没有影响。
可在标准通信光纤中写制出强Bragg光栅。
然而，该技术的主要缺点是高温灼绕破坏了光纤，有长期稳定性的问题。
对光纤材料进行还原性处理的另一种方法是在光纤预制棒的制作过程中施加还原性条件或者对光纤预制棒在高温氢气中进行后处理使芯区的缺氧锗缺陷浓度增加，可将光纤材料的光敏性提高2~3倍。
这种方法最大的缺点就是氢气与GeO2反应生成的OH-离子将在处产生一个很强的吸收带。
这个吸收带对光信号在两个主要通信窗口的传输具有非常不利的影响。
多种掺杂在锗硅光纤材料中，掺入B、Sn或Al等元素可提高光纤材料的光敏性，其中以B/Ge双掺杂光纤材料的光敏性最强，其光敏性要比含锗量相当的单掺锗光纤材料要高出约一个数量级。
这些光纤都可以采用MCVD技术生产。
在石英玻璃中掺入B将使物理性质发生很大的变化，比如，掺B后石英玻璃的热膨胀系数增大，同时熔点降低。
在几百摄氏度高温下的退火实验，证实了在B/Ge光纤的纤芯区将由于B的掺入而引入较大的应力。
利用B/Ge双掺提高光纤材料光敏性最主要的有利因素是B的掺入能够引起光纤材料芯区的折射率的降低。
因此，B/Ge双掺光纤材料可以具有较高的锗掺杂浓度，同时又不引起光纤芯包折射率的增大，从而可实现与普通单模光纤的良好匹配。
因此，对这种高度光敏光纤材料的研究具有很大的意义。
（1）避免了对光纤材料进行长时间且具有危险性的氢气敏化处理。
（2）可避免由于载氢增敏在光栅区域引起的羟基吸收损耗，这一损耗在长度较大的 Chirp光纤光栅中是十分严重的。
（3）提高了光栅的制作效率。
如果对B/Ge双掺光纤材料进一步载氢处理，可以在教短的曝光时间内获得很高的光栅反射率。
预加应力增敏技术在写入光栅的过程中，对掺锗光纤施加适当应力，将会提高光纤的光敏性。
图1表明，施加3%应变的应力情况下，可使光敏性提高2倍以上，而且形成的光栅的热稳定性也将保持不变。
在同样的曝光条件下写入Bragg光栅时，施加应力的光纤将会得到高达18dB的反射深度，而未加应力的光纤的反射深度仅为7dB，因此利用这种方法将会明显缩短光纤光栅的写入时间。
光纤光栅的写入方法用掺杂光纤制作光栅的方法主要有内写入和外写入法。
内写入技术是一个全息制作过程，它利用光在纤芯内部传播时形成驻波所产生的双光子吸收的原理；外写入技术则主要有点-点成栅技术，相干UV 光全息干涉技术和相位掩模技术等。
内写入法该法制作光栅同光学全息法制作光栅相似，利用菲涅尔反射，使得反射光与入射光在适当条件下干涉，在纤芯内部形成驻波。
由于光致折射效应，在沿光纤长度的波节波腹处通过曝光可以诱导出周期性的折射率变化形成光栅。
这样制作的光栅，曝光时对装置的稳定性要求很高，得到折射率变化较小，仅为10-6，而波长不易改变，其特点见表1。
由于该技术的写入效率低，写入的Bragg波长受激光写入波长限制等原因，制作的光栅性能太差，所以该方法已较少使用。
表1 各种主要写入光栅方法的比较：外写入法相对于内写入法，外写入法的形式很多，方法也更为灵活，能够制作各种特定波长的Bragg光栅。
外写入全息法1989年UTRC的研究人员首次用紫外光全息法制成了高反射率的Bragg光栅，反射率可达76%。
它是在选择适当的波长后，使光纤芯径在两束干涉光的诱导下发生折射率的永久性变化而形成的。
光栅的周期由入射光的波长和两光束之间的夹角决定，系统设置如图1。
一小段去掉包层的光纤在两束相互垂直的诱导光的作用下，经侧面曝光形成光栅。
利用可调谐准分子泵浦染料激光器件为光源，波长为486nm~500nm，经倍频得到244nm的UV光，图中水银弧灯和高精度的单色仪用来观察Bragg光栅的反射光谱。
这种光栅的侧面UV光曝光全息法反射效率高，方便灵活，可调整入射光束的夹角和全息图条纹的间距来得到不同波长的Bragg光栅。
这种光栅稳定性好，但它对光源的相干性和光路的稳定性要求较高。
全息干涉计方法全息相干法是最早用于横向写人制作FBG的一种方法，图2示出的是M-Z干涉计法工作装置示意图。
人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;光纤经过一定时间照射，在纤芯内部引起和干涉条纹同样分布的折射率变化，从而在光纤上就写人了正弦分布的体光栅。
干涉条纹间距如式(1)。
这种方法的最大优点在于突破了纵向驻波法对布喇格中心反射波长的限制，可以在最感兴趣的波段内对之进行更充分的运用。
它既行之有效，又操作简单，所以受到普遍重视，也得到了相当的运用。
采用改变两光束夹角或旋转光纤放置位置的方法都可以方便的实现改变反射中心波长之目的，或者将光纤以一定弧度放置于相干场，很容易得到带有chirp的光纤光栅。
这些都是全息相干法优点所在。
图2 干涉计写光纤光栅方法这种方法亦存在很大的缺点，给制作带来诸多问题。
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的要求:空间相干性由激光器输出光的横模特性决定。
如果激光器处于多横模振荡，那么输出光束就有较大的空间发散性，通过测定激光的近场图和远场图可知:输出光斑是由一系列的尖峰所组成，每一尖峰的宽度约为微秒数量级，并且是无规划分布的，这就说明整个输出光束的截面内并非全部相干，相干区域仅是很小的一部分，所以输出光束的多横模现象将严重影响全息相干法的效果。
另外，输出光的纵模特性决定了它的时间相干性。
如果是多纵模振荡，或纵模存在严重漂移(如由温度变化引起)，都将增加输出线宽，由可以看出，线宽增加大大缩短了相干长度，对全息相干法写人效果也极为不利，增大了光路的调节难度；其次，欲得到准确的布喇格中心反射波长，对光路的调整有着极高的精度要求，从d和λB容易得出：假如采用λ= 240nm的紫外光，光纤折射率n= 1. 45，那么要得到λ的反射中心波长，θ为12. 97o；如果光路调整使θ偏差B =1550nm0. 01o，可得到中心波长偏差ΔλB =67. 27nm ，可见制作的FBG的中心波长已经远离了1550nm。