光纤光栅制作技术综述
光纤光栅
2.基片式封装FBG应变传感器
基片式封装FBG应变传感器基本结构是在其传感器基片上刻一小槽， 然后用粘结剂将；裸光纤光栅固定在小槽内。刻小槽的目的主要是增加 基片和光纤的接触面积，从而能有效的将基片的应变传递到光纤光栅上。 相比于管式封装，基片式封装结构不需要将粘结剂灌入套管，传感器 制作比较方便，适合于结构表面应变的测量。但是在使用过程中，粘结 剂直接暴露在空气中，容易受到环境腐蚀，其耐久性需要进一步研究。
(8.3-4)
这里，ξ 为光纤的热光系数，表示折射率随温度的变化率。 式(8.3-3)、(8.3-4)结合(8.3-1)，可知 Bragg 光栅的波长在变化的温度场中的表达式为
B / B ( ) T
(8.3-5)
Bragg 波长的变化与温度之间的变化有良好的线性关系，光栅的温度灵敏度为
(8.3-9)
Pe
1 2 neff [ P 12 ( P 11 P 12 )] z 2
B / B 1 Pe
(8.3-10)
综合式 (8.3-7)、(8.3-9) 、(8.3-10) 代入(8.3-2)，可得应变的灵敏度
K
z
(8.3-11)
若沿光纤轴向施加拉力 F，根据胡克定律，光纤产生的轴向应变为
8
6.1.1 温度传感原理 温度影响 Bragg 波长是由热膨胀效应和热光效应引起的。 假设均匀压力场和轴向应力场保持恒 定，由热膨胀效应引起的光栅周期变化为
T
(8.3-3)
式中 α 为光纤的热膨胀系数。 热光效应引起的折射率变化为
neff neff T
6
2015-6-3
将光栅区用作传感区，当被传感物质温度、结构或是位臵发生变化的时候， 光栅的周期和纤芯模的有效折射率将会发生相应的变化，从而改变 Bragg 中心波长。通过光谱分析仪或是其它的波长解调技术对反射光的Bragg 波 长进行检测就可以获得待测参量的变化情况（见图2）。
光通信中的光纤光栅技术
光通信中的光纤光栅技术光通信发展至今已有数十年的历史，伴随着技术的不断进步，光通信系统的带宽逐渐加大，距离变得更远。
在这个过程中，光纤光栅技术（Fiber Bragg Grating，FBG）应运而生，成为实现光通信高效稳定传输的重要手段之一。
本文将从光纤光栅技术的原理、制备和应用等方面进行分析探讨。
一、光纤光栅技术的原理光纤光栅技术是一种光纤传感技术，基于Bragg衍射原理实现。
Bragg衍射原理是指当光波垂直入射到一个具有等间隔折射率变化的介质中时，在该介质内部会发生衍射现象。
此时，入射光波的一部分将被反射回来，反射光波与入射光波形成了一条干涉光路，呈现出若干个互相衬托的衍射峰，这些峰的形成与介质参数的均匀性有关。
在光纤光栅的情景中，光纤轴向周期性发生折射率的变化，形成了光栅的结构。
当光波进入光栅结构后，其中一部分光波将被反射回来，其反射光波的频率满足：λB=2neΛ其中，λB为Bragg衍射波长，ne为折射率，Λ为光栅垂直于光纤轴向的周期。
这种原理下，可以通过微调光栅的周期、折射率的变化及光栅长度，通过制备FBG，将其应用于光通信技术中。
二、光纤光栅技术的制备FBG的制备需要先制备光栅。
制备光栅的方法主要有两种，一种是光刻法，另一种是相机法。
光刻法制备FBG：使用光刻技术，在光学玻璃片表面形成光刻胶图案，然后通过电子束曝光、显影、重复处理，形成光栅。
相机法制备FBG：使用激光将光栅图案投影到硅片上，再通过化学腐蚀方式取下硅片表面非光栅部分来制得光栅。
制备好的光栅需要粘在光纤的端面或裸露部位，然后在光栅表面对准波长和幅值调节等进行校准，形成FBG。
三、光纤光栅技术的应用1. 光通信光栅的反射波长可以通过不同波长的传输来进行制备，这样可以实现在光通信系统中的复用。
同样，FBG技术也可以实现线性、瞬态及非线性光学特性的研究。
2. 压力、温度等环境监测FBG结构在纤维力学传感中可使用。
比如，在火山岩浆或区域板块中进行温度或压力的监测。
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。
光纤光栅检测技术应用综述
光纤光栅检测技术应用综述
光纤光栅检测技术是一种基于光纤光栅的传感技术。
光纤光栅是一种在光纤中形成一
定周期的折射率或反射率变化的微观结构。
通过改变光纤的折射率分布，可以实现对物理
量的测量。
光纤光栅检测技术广泛应用于光纤通信、工业监测、航空航天、国防安全、医疗诊断
和环境监测等领域。
以下是它的几个具体应用：
1. 光纤声波传感器
光纤声波传感器是使用光纤光栅探测声音。
当声音通过物体时，会产生微弱的应力波，这些应力波会形成微小的光纤的形状变化。
利用光纤光栅检测这种形状变化，可以测量声
波的特征。
光纤声波传感器有广泛的应用。
在医疗领域，它可用于监测心脏和动脉疾病。
在环境
监测领域，它可用于监测地震和海啸。
在工业监测领域，它可用于测量汽车引擎和机器振动。
光纤应力传感器在航空航天、工业监测和地震监测等领域有广泛的应用。
它可以用于
测量飞行器和船舶结构、汽车零件的变形以及大型机器的应力。
光纤温度传感器是通过测量光纤光栅的波长来测量温度的传感器。
当温度变化时，光
纤光栅的折射率随之改变，从而改变其反射波的波长。
综上所述，光纤光栅检测技术是一种功能强大、应用广泛的传感技术。
在未来，我们
可以期待更多的应用来发现这项技术的潜力。
光纤光栅
光纤光栅与结构集成工艺原理方法及国内外研究现状概述 概述光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参数，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，并且特别适于恶劣环境中的应用。
但是因为裸光纤纤细、质脆、尤其是剪切能力差，直接将光纤光栅作为传感器在工程中遇到了铺设工艺上的难题。
因此，对裸FBG 进行封装，是将FBG 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空航天领域需要的体积小、质量轻FBG 传感器具有重要意义。
一、光纤光栅工作原理光纤光栅的最基本原理是相位匹配条件：β1、β2是正、反向传输常数，Λ是光纤光栅的周期，在写入光栅的过程中确定下来。
当一束宽谱带光波在光栅中传输时，入射光在相应的频率上被反射回来，其余的不受影响从光栅的另外一端透射出来。
光纤光栅起到了光波选频的作用，反射的条件称为布拉格条件。
由光纤光栅相位匹配条件得到反射中心波长（布拉格波长）表达式：二、光纤光栅的写入2.1 短周期光纤光栅的写制内部写入法(又称驻波法) 将波长488nm 的基模氢离子激光从一个端面祸合到锗掺杂光纤中，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。
此方法是早期使用的，该方法要求122πββ-=ΛΛ=n B 2λ锗含量很高，芯径很小，并且只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此目前很少被采用。
全息成删法(又称外侧写入法) 1989年，Meltz等人首次用此方法制作了横向侧面曝光的光纤光栅。
用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。
写制设备装置如图2.1所示。
通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可以得到不同栅格周期的光纤光栅。
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。
光纤通信中的光栅技术
光纤通信中的光栅技术[章节一] 光纤通信基础在日常生活中，我们经常使用光纤通信。
光纤通信是一种基于光传输信号的通信方式。
它利用光纤的特殊性质将光信号传输到目的地。
而光纤是一种非常薄的玻璃或塑料管道，由纤维组成。
与以前使用铜线传输信号的方式相比，光纤通信具有更快的速度、更大的带宽和更长的距离，因为光纤不会受到电磁干扰。
[章节二] 光纤通信中的光栅技术概述光栅是一种用于分离、操纵和调制光束的光学元件。
它是由一系列平行的光学栅条组成的，这些光学栅条彼此之间互相分离，并以周期性的方式重复。
在光纤通信中，光栅技术广泛应用于光学传感器、光学滤波器、激光光纤陀螺仪等领域。
在这些应用中，光栅被用来改变光路，以实现光的分离、调制和操纵。
这种技术的实现可以使光信号的传输更加可靠和高效。
[章节三] 光栅技术在光纤通信中的应用1. 光纤传感器光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的传感器。
这种传感器可以测量许多物理量，如温度、压力、液位、振动等。
利用光栅技术可以制造出光纤光栅传感器，这种传感器可以实现高分辨率、大量程测量和实时监控。
2. 光纤滤波器光纤滤波器是一种利用光的波长选择性来滤除不同波长的光信号的器件。
光栅技术被广泛应用于制造高性能光纤滤波器。
这种滤波器可以实现高分辨率、稳定性和可重复性。
3. 激光光纤陀螺仪激光光纤陀螺仪是一种基于激光光纤与旋转机构相互作用实现角速度测量的仪器。
高性能激光光纤陀螺仪是利用光栅技术制造而成的。
这种技术可以实现高精度和长期的稳定性。
[章节四] 光栅技术的优势和挑战1. 优势光栅技术在光纤通信中的应用具有重大的优势。
例如，它可以提高光纤通信信号的稳定性和精度。
此外，它可以在光纤传输信号的同时实现其他功能。
这种技术还可以实现高分辨率、高精度和高可靠性的光学器件的制造。
2. 挑战尽管光栅技术在光纤通信中有很多优势，但是它也面临着许多挑战。
例如，光栅的制造需要精密的技术和设备，成本较高。
此外，光栅的稳定性和可重复性还有待进一步优化。
光纤光栅的制作方法
光纤光栅的制作方法光纤光栅啊，这可是个很有趣的东西呢。
要说起它的制作方法，那可得好好唠唠。
光纤光栅简单来说就像是在光纤这个长长的“小管道”上做一些特殊的标记。
就好比在一条长长的绳子上每隔一段距离打个特殊的结一样。
一种常见的制作方法是用紫外光照射。
你看啊，光纤就像个害羞的小娃娃，这紫外光呢就像一把神奇的小刷子。
我们把光纤固定好，然后让紫外光按照我们想要的规律去照射它。
这就像是用小刷子在小娃娃的身上画出我们想要的图案。
这个时候光纤内部的一些结构就会因为紫外光的照射而发生改变，就像小娃娃被画了图案之后有了新的模样。
这紫外光的能量啊，得控制得刚刚好，要是能量太大了，就像是你用力过猛把小娃娃给弄疼了，可能就把光纤弄坏了；要是能量太小呢，就像你轻轻划了一下，根本没画出什么来，那也做不出我们想要的光纤光栅。
还有一种方法是利用相位掩模技术。
这就有点像我们小时候玩的印章。
相位掩模就好比是那个印章，光纤就是那张纸。
我们把光纤放在这个特殊的“印章”下面，然后让光通过这个“印章”照射到光纤上。
这个“印章”上面有我们事先设计好的图案，光透过它就把这个图案印到光纤上了。
不过这可不是像我们平常盖章那么简单，这里面的光的角度啊，强度啊，都得经过精确的计算和调整。
就好像你要盖一个非常精细的印章，稍微歪一点或者用力不均匀都不行。
制作光纤光栅的时候，环境也很重要呢。
这就好比我们做饭，要是厨房乱七八糟的，到处都是灰尘，那做出来的饭肯定不好吃。
制作光纤光栅也一样，周围的温度啊，湿度啊都得控制好。
要是温度一会儿高一会儿低，就像你做饭的时候一会儿火大一会儿火小，那光纤光栅的质量肯定没法保证。
湿度太大的话，就像你在满是水汽的厨房里做饭，啥都看不清楚，制作过程中也容易出问题。
在制作光纤光栅的材料选择上也有讲究。
光纤本身就像我们盖房子的砖头，是基础。
这砖头的质量得好啊。
有的光纤质地均匀，就像好砖头一样，用这样的光纤做出来的光栅质量就好。
要是光纤本身就有很多瑕疵，那就像用破砖头盖房子，怎么能盖出好房子呢？当然，除了光纤这个基础材料，在制作过程中可能还会用到一些辅助材料，就像我们做饭时候用的调料一样，虽然量不多，但是缺了它们也不行。
光纤光栅制作技术综述
光纤光栅制作技术综述光纤光栅是一种用于调制、反射、衍射和滤波光信号的关键光学器件。
它通过在光纤中引入周期性的折射率调制以产生光波的衍射，实现了对光信号的精确控制和调整。
光纤光栅制作技术一直是研究的热点，其制备方法和性能对光纤光栅的应用和发展起着至关重要的作用。
互相照射法是最早采用的光纤光栅制作方法之一、它通过将两束强度较弱但频率相同的紫外激光照射到光纤上，使其中一束光通过干涉的方式形成周期性的折射率调制结构。
这种方法制作的光纤光栅具有较高的稳定性和可重复性，但制备过程相对复杂，并且需要仔细控制光束的功率和位置，限制了其在大批量生产中的应用。
激光写入法是目前主流的光纤光栅制作方法。
它利用激光的能量将光纤的折射率调制成周期性的结构。
通过使用紫外激光束照射光纤，可以在光纤的折射率分布上形成一种周期性的类似于光栅的结构。
激光写入法具有制备过程简单、成本低、高灵活性和高制备效率的优势，适用于大量生产和定制化需求。
在激光写入法中，主要有两种制备光纤光栅的技术：脉冲紫外光光刻和连续紫外光写入。
脉冲紫外光光刻是一种在光纤表面局部引入高折射率或低折射率区域的制备方法。
通过使用高能量的脉冲紫外光束，可以将光纤的表面局部改变折射率，形成光栅结构。
脉冲紫外光光刻的优点是制备过程简单、精度可以达到亚微米级别。
但是，该方法只能在表面上形成光栅结构，限制了其应用范围。
连续紫外光写入是一种通过控制光纤中光束的干涉和幅度调制来实现光纤光栅制备的方法。
它利用可调整扫描速度的激光束在光纤中周期性改变折射率，形成光栅结构。
连续紫外光写入的优点是可以在光纤内部形成连续的光栅，制备出更复杂和高性能的光纤光栅。
不过，该方法制备过程相对复杂，需要精确控制光束的功率和位置。
总结起来，光纤光栅制作技术包括传统的互相照射法和现代的激光写入法。
激光写入法通过脉冲紫外光光刻和连续紫外光写入实现光纤光栅的制作。
这些制备方法各有优缺点，可以根据具体需求选择适合的方法。
国外光纤光栅技术现状
国外光纤光栅技术现状引言：光纤光栅技术是一种基于光纤制备的光学器件，具有广泛的应用前景。
随着科技的进步和需求的增加，国外在光纤光栅技术的研究和应用方面取得了很大的进展。
本文将对国外光纤光栅技术的现状进行探讨。
一、光纤光栅技术的基本原理光纤光栅技术是利用光纤中的光波与光栅的相互作用，实现光信号的调制和传输的技术。
光纤光栅通常由一系列周期性的折射率变化构成，这种折射率变化可以通过不同的方法实现，如通过光纤中的光敏材料或者通过光纤的拉伸和压缩等。
当光波穿过光纤光栅时，光波与光栅的相互作用会引起光波的衍射和反射，从而实现光信号的调制和传输。
二、国外光纤光栅技术的研究进展1. 光纤光栅的制备技术国外在光纤光栅的制备技术方面取得了很大的突破。
目前，常用的制备方法包括光敏法、电弧法、激光法等。
其中，光敏法是应用最为广泛的制备方法之一，通过将光纤暴露在紫外光下，使光纤中的光敏材料发生光化学反应，从而实现光纤光栅的制备。
此外，国外还采用了一些新的制备方法，如光纤拉伸法和光纤压缩法等，这些方法可以制备出具有更高质量和更复杂结构的光纤光栅。
2. 光纤光栅的应用领域国外在光纤光栅的应用领域方面也有很多的研究和实践。
光纤光栅可以应用于光通信、传感和光学检测等领域。
在光通信方面，光纤光栅可以用作滤波器、耦合器和分光器等器件，实现光信号的调制和传输。
在传感方面，光纤光栅可以用来检测温度、应变、压力等物理量，具有高灵敏度和实时性的优势。
此外，光纤光栅还可以应用于光学检测领域，如光谱分析、光学成像等，为科学研究提供了重要的工具。
三、国外光纤光栅技术的发展趋势1. 高性能光纤光栅的制备随着需求的增加，国外对高性能光纤光栅的需求也越来越高。
目前，国外研究人员正在开发一些新的制备技术，以实现更高质量和更复杂结构的光纤光栅。
例如，利用纳米技术和微纳加工技术制备光纤光栅，可以实现更小尺寸和更高灵敏度的光纤光栅。
2. 多功能光纤光栅的应用国外研究人员还在开发多功能光纤光栅，以满足不同领域的需求。
光纤光栅制作方法
光纤光栅制作方法<2> 3）chirp光纤光栅的制作a）两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。
第一次曝光在光纤上并不形成光栅，而是仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个chirp光栅。
这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。
b）光纤弯曲法这是在均匀光栅中引人光纤的机械变形，形成chirp光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。
这种方法引入的chirp量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。
c）锥形光纤法这是利用锥形光纤形成chirp光栅的一种方法。
可以在锥形光纤两端施加应力发生形变，然后写人均匀周期的光栅，应力释放后，由于锥体各部分的伸长形变不同，造成光栅周期的轴向发生均匀变化，形成chirp光栅。
也可以先在锥形光纤上写人均匀光栅，然后再施加应力，可以得到相同的效果。
d）应力梯度法与锥形光纤法原理相同，只是光纤中应力大小是通过将光纤粘在底座上的胶含量来调节。
它的优点是可以分别调节中心波长和光栅的带宽，这对于制作高性能的色散补偿器具有重要的意义。
e）复合chirp光栅法将一列不同周期的均匀光栅顺序写在光纤上，它最大限度地应用了制作均匀光纤光栅的工艺简单性，具有很大的灵活性。
f）chirp光栅的全总干涉法制作这种制作chirp光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入往面镜，使两束光的干涉角度沿着光纤轴向发生连续变化，从而造成光纤的纤芯折射率发生周期性渐变，形成chirp光纤光栅。
4）新的光纤光栅制作方法a）直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写人光纤光栅的方法。
此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。
目前报道的光纤涂覆层有采用丙烯酸酯或general electric rtv615硅胶，通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。
光纤光栅技术简介
光纤光栅技术简介1.1光纤光栅传感原理光纤的材料为石英，由纤芯、包层和涂覆层（树脂涂层）构成，单模光纤纤芯直径一般为4um～10um，包层直径一般为125um。
光纤光栅技术于1978年问世，当用紫外激光光束照射光纤，被照射区间段纤芯的折射率将发生周期性的变化，称此折射率变化区域为空间相位光栅（空间相位周期性分布的光栅），其实质类似一个窄带滤波器或反射镜，对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长与光栅区调制相位相匹配的窄带光（带宽通常约为0.1～0.5nm），如图1所示。
反射光波的中心波长（布拉格波长）满足布拉格定律：其中，n为光栅的有效折射率（折射率调制幅度大小的平均效应），Λ为光栅条纹周期（折射率调制的空间周期），布拉格波长与n、Λ成正比。
光纤光栅中心波长与温度和应变的关系为：Page 1 of 21.2 光纤光栅测温原理温度测量：由于热胀冷缩Λ会发生变化，由于热光效应n 会发生变化，通过监测光栅反射光的波长变化，就可以知道光栅处的温度场变化。
在无应变的影响下，光纤布拉格光栅温度变化作用下的波长变化数学表达式为：TB B Δ×+=Δ)(ξαλλ其中：α — 光纤的热膨胀系数，一般为0.55×10-6/℃；ξ — 光ΔT — 纤光栅的热光系数，常温下约6.3×10-6/℃；温度变化可以看出，光纤光栅对温度的传感特性系数基本上为一与材料系数相关的常数，这就从理论上保证了光纤光栅作为温度传感器有很好的线性输出。
1.3 FBG 监测的特点z 抗干扰能力强：光纤只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响，对电磁干扰、工业干扰有很强的抵御能力； z 被动光器件，监测现场无需供电，本质安全；z 单根光纤集传感与传输一体化，节约成本；z 全天候不间断在线监测，从根本上杜绝人员疏忽导致的事故 ；z 传感器设计采用了优异的封装 ，防腐防潮，适宜于多尘和含有腐蚀性物质的空气中；z 施工方便，潜在故障点大大低于传统技术，可维护性强；z 准分布式监测系统，因为光纤布喇格光栅分布式传感系统难以做到连续分布，而是点式分布，但布喇格光栅的长度可以做到毫米量级，实际应用的空间分辨率高于基于时域技术的连续分布系统。
光纤光栅及其传感技术 -回复
光纤光栅及其传感技术-回复光纤光栅及其传感技术：光纤光栅是一种基于光栅化的传感器装置，通过利用光纤的折射率变化对物理量进行测量和监测。
它具有高灵敏度，快速响应以及不受电磁干扰的优点，被广泛应用于光通信、光纤传感以及激光测量等领域。
一、光纤光栅的基本原理光纤光栅是通过在光纤芯中制造周期性的折射率变化来实现的。
当光经过光纤光栅时，光的频率和波长会发生改变，这种改变与光纤中折射率的变化有关。
这种折射率变化可以通过光纤光栅中的折射率阶跃来表示，阶跃的宽度称为Bragg波长。
光纤光栅的制作通常采用两种方法：一是通过光纤外面的光栅介质对光纤进行外加光栅制作，二是通过直接在光纤芯中制造折射率变化。
制作完成后，光纤光栅被固定在一段光纤上，并与光源和光谱仪连接。
二、光纤光栅传感器的工作原理光纤光栅传感器利用光纤光栅对物理量的敏感性进行测量。
当光纤光栅中的物理量发生改变时，如温度、压力、应变等，其折射率也会发生相应的变化。
通过测量光纤光栅中的折射率变化，可以得出物理量的变化。
光纤光栅传感器的工作过程一般包括以下几个步骤：1. 信号光的激发：光源发出的光经过耦合器或直接由光纤输送至光纤光栅，激活传感器。
2. 光的反射与传播：光在光纤光栅中产生反射，并沿原来的路径传播回来。
3. 光谱仪的接收和分析：经过光纤光栅反射后的光进入光谱仪，光谱仪通过分析光线的频率和波长变化，对物理量进行测量。
4. 结果的输出和处理：通过将光谱仪得到的数据进行处理，将测量结果输出到显示设备或计算机上。
三、光纤光栅传感器的应用领域光纤光栅传感器具有许多应用领域，以下是其中几个常见的应用：1. 温度传感：通过测量光纤光栅中的折射率变化，可以得出环境温度的变化。
光纤光栅传感器在温度测量和控制方面具有高精度和高响应速度的优势，被广泛应用于工业过程控制和温度监测。
2. 应变测量：光纤光栅传感器可以用于测量物体受力后的形变，通过测量光纤光栅中的应变，可以获得物体的应变量。
光纤光栅的制备和调制技术
光纤光栅的制备和调制技术光纤光栅是一种利用光纤中周期性介质折射率变化的结构来控制光信号传输的技术。
它在光纤通信、光纤传感、光纤激光等领域具有广泛的应用。
本文将介绍光纤光栅的制备和调制技术，以及相关应用方面的进展。
光纤光栅的制备技术有几种方法，其中最常用的是光纤光栅的曝光和刻蚀技术。
曝光技术通常使用干涉光束将紫外光照射在光纤上，通过控制曝光剂的厚度和光束的强度来控制光栅的周期和折射率的变化。
刻蚀技术则是使用化学蚀刻方法将曝光后的光纤进行刻蚀，使得光栅形成。
另一种制备光纤光栅的技术是使用激光直写技术。
这项技术使用激光脉冲来直接在光纤上写入光栅结构，而无需曝光和刻蚀过程。
激光直写技术可以实现高精度的光栅制备，并且具有快速、灵活，适用于各种光学纤维的优点。
这项技术在光纤光栅的制备方面具有巨大的潜力。
光纤光栅的调制技术是使用外界的物理或化学方法来改变光纤光栅的折射率，从而调节光信号的传输性能。
其中最常用的技术是温度调制技术和机械调制技术。
温度调制技术通过改变光纤的温度来改变光纤光栅的折射率。
光纤材料的折射率会随着温度的变化而变化，通过控制光纤的温度变化，可以对光纤光栅的传输特性进行精确的调节。
这项技术在光纤通信和光纤传感领域得到了广泛应用。
机械调制技术则是通过施加外力来改变光纤光栅的折射率。
通过机械弯曲、机械压力等方式，可以改变光纤中周期性介质的折射率，进而控制光信号的传输。
这种技术在光纤光栅传感器中很常见，可以实现一些光纤传感器的灵敏度和响应速度的调节。
除了制备和调制技术，光纤光栅还有一些应用方面的进展。
例如，光纤光栅在光纤通信中可以用来实现波长多路复用技术，通过控制不同波长的光信号在光纤中的传输，实现在一个光纤中同时传输多个不同波长的信号，提高了光纤通信的传输容量。
在光纤传感方面，光纤光栅可以用来监测和测量光纤周围的物理量，例如温度、应变、压力等。
通过与光纤光栅的相互作用，可以将这些物理量转化为光信号的变化，从而实现对环境的监测和测量。
光纤光栅解调综述
光纤光栅解调综述一、引言光纤布拉格光栅（FBG）是一种重要的光学器件，具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性，广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。
基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现，突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制，大大拓展了其在分布式传感领域的应用。
本文将对光纤光栅解调技术进行综述。
二、光纤光栅解调技术准静态波长解调技术准静态波长解调技术是一种常用的光纤光栅解调方法。
它通过测量FBG中心波长的变化来解调传感信号。
准静态波长解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要精确控制光源的波长和带宽，对光源的稳定性要求较高。
高速波长解调技术高速波长解调技术是一种基于光谱分析的解调方法。
它通过测量FBG光谱的变化来解调传感信号。
高速波长解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要高分辨率的光谱分析仪，对硬件设备的要求较高。
增强型动态相位解调技术增强型动态相位解调技术是一种基于干涉仪的解调方法。
它通过测量FBG中心波长的变化来解调传感信号。
增强型动态相位解调技术具有解调速度快、空间分辨率高等优点，但需要精确控制光源的波长和带宽，对光源的稳定性要求较高。
三、光纤光栅应用领域基于大规模光栅阵列光纤的应用包括温度、应变分布式的准静态应用领域，以及振动分布式的相位动态应用领域等，包括大型建筑、机械、航空航天、石油化工等诸多领域的安全监测、故障诊断等工程应用方面。
四、结论光纤布拉格光栅传感技术因其具有高灵敏度、抗电磁干扰、体积小及易复用等特性而广泛应用于恶劣环境的温度、应变及振动等物理量检测。
基于在线光纤拉丝塔的大规模光栅阵列光纤制备方法的实现，突破了传统光纤光栅分布式传感技术受限于机械强度和制备工艺复杂的限制，大大拓展了其在分布式传感领域的应用。
本文系统地介绍了大规模光栅阵列光纤的制备、分布式解调方法与应用进展，从大规模光栅阵列光纤的在线制备技术，以及基于该阵列光纤的分布式传感解调技术，包括准静态波长解调技术、高速波长解调技术以及增强型动态相位解调技术等，特别关注解调速度、空间分辨率、复用容量等关键技术及传感性能。
光纤光栅传感的原理与制备方法
光纤光栅传感的原理与制备方法光纤光栅传感是一种基于光纤传感器的技术，通过在光纤中引入光栅结构，实现对外界环境参数的测量和监测。
光纤光栅传感技术具有高灵敏度、远程测量、抗电磁干扰等优势，在工业、医疗、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍光纤光栅传感的原理和制备方法。
光纤光栅传感的原理是基于光纤内部的光栅结构对光信号的调制。
光纤光栅通过在光纤中加入布拉格光栅结构，利用光栅对光信号的反射和折射特性，实现对光信号的测量。
当外界环境参数发生变化时，如温度、拉力、应力等，会引起光纤光栅中的布拉格波长发生变化，进而导致光信号的频谱发生变化。
通过测量光信号的频谱变化，就可以间接地获取外界环境参数的信息。
光纤光栅传感的制备方法有两种主要技术，即相位掩膜法和直写法。
相位掩膜法是一种传统的光纤光栅制备方法。
它首先需要在光纤上覆盖一层相位掩膜，然后使用紫外激光通过掩膜对光纤进行曝光，形成光栅结构。
相位掩膜可以是二维或三维结构，通过调整掩膜的相位和空间频率，可以控制光纤光栅的特性。
相位掩膜法具有制备简单、工艺成熟的优点，但对掩膜的设计和制备要求较高，对曝光光源的稳定性要求也较高。
直写法是一种相对较新的光纤光栅制备方法。
这种方法使用高能量光束（如激光）直接对光纤进行束缚，创造性地利用激光光束对光纤进行局部加热和拉伸，形成光栅结构。
直写法具有制备灵活、无需相位掩膜的优点，同时也能够实现复杂光栅结构的制备。
然而，直写法对设备和参数的要求较高，还需进一步改进和发展。
除了制备方法，光纤光栅传感还需要注意一些关键技术。
首先是选择合适的光纤材料。
不同的应用场景需要选择不同的光纤材料，如单模光纤、多模光纤、大直径光纤等，以满足传感的需求。
其次是光纤光栅的特性设计。
通过调整光栅的周期、长度和形状等参数，可以实现特定的传感特性。
此外，光纤的安装和保护也很重要，需要采取合适的封装和固定措施，保证光纤光栅的性能和稳定性。
总结起来，光纤光栅传感技术是一种基于光纤传感器的技术，利用光栅结构对光信号进行调制，实现对外界环境参数的测量和监测。
光纤通信系统-光栅
S = K K ( / 2)
*
2 2
2
Rmax = tanh ( K L) = tanh ( nL / lB )
设两列波沿着同一方向传播，其传播常数分别为β0和β1，
如果满足布喇格相位匹配条件：
2 0 1 =
波中去。
（7.7）
其中Λ为光栅周期， 则一个波的能量可以耦合到另一个
前向和后向两种模式间的耦合波方程为
dA+ dz = iKA exp( i z ) dA = iK * A+ exp( i z ) dz
A+(0)=1、A-(L)=0
解耦合方程可得光纤光栅的反射率为
A ( 0) K * Ksh2 ( SL ) R= = 2 2 A+ (0) S ch ( SL ) + ( / 2) 2 sh 2 ( SL )
线性啁啾光栅 （折射率沿光栅轴向周期性变化,有 较宽反射带构成宽带滤波器,用于色 散补偿）
Taper型光栅 （ 消除折射率突变,反射谱不存在 旁瓣构成各种滤波器、波长变换 器和OADM）
Moire型光栅 （有效抑制了旁瓣效应,存在多个 透射窗口构成滤波器、色散补偿 器和信道选择器）
2 n( z cosq ) = n0 + n 1 + cos( z cosq L0
逐点写入法
一种非相干写入技术
利用聚焦光束在光纤上逐点曝光而
形成光栅，每写一个条纹，光栅移 动一定距离，需用精密机构控制光 纤运动位移。通过控制光纤的移动， 可以方便的控制光栅的周期。 一般用于制造长周期光栅
光纤光栅的类型
光纤光栅从本质上讲是 通过波导与光波的相互作用， 将在光纤中传输的特定频率 的光波，从原来前向传输的 限定在纤芯中的模式耦合到 前向或后向传输的限定在包 层或纤芯中的模式，从而得 到特定的透射和反射光谱特 性。 光纤光栅中，光场与光 波导之间的相互作用可用耦 合模理论来描述。
光纤上产生光栅的方法
光纤上产生光栅的方法光栅是一种具有周期性折射率变化的光学器件，可以在光纤中产生一系列的衍射点或波阵面，被广泛应用于光纤通信、光纤传感、光纤激光器等领域。
本文将介绍光纤上产生光栅的几种方法。
1. 激光干涉法激光干涉法是一种常用的产生光纤光栅的方法。
它基于干涉原理，在光纤上通过两束相干光的干涉，形成周期性的折射率变化。
具体操作时，将一束激光经过分束器分为两束，分别通过两根光纤，再通过反射镜聚焦后重新合成。
由于两束光的路径差与波长的关系，可以在光纤中形成一定的折射率变化，从而产生光栅。
2. 光子法光子法是一种通过高能量光子对光纤进行直接作用的方法。
其原理是利用高能量光子的能量传递和聚焦作用，使光纤内部发生局部折射率变化。
通过光子法可以制作出非常复杂的光栅结构，并且具有较高的可调谐性。
3. 激光光纤拉伸法激光光纤拉伸法是一种通过拉伸光纤来产生光栅的方法。
通过在光纤两端施加拉力，使光纤发生形变，从而改变其折射率分布。
在拉伸的过程中，可以产生周期性的折射率变化，形成光纤光栅。
这种方法制备的光栅具有较高的稳定性和可重复性。
4. 电子束曝光法电子束曝光法是一种利用电子束对光纤进行局部曝光的方法。
在光纤表面涂覆一层感光胶片，然后利用电子束在感光胶片上进行局部曝光，通过显影和腐蚀等工艺步骤，可以在光纤上形成周期性的折射率变化，从而制备光栅。
5. 光纤拉伸压纹法光纤拉伸压纹法是一种通过在光纤表面施加压力来产生光栅的方法。
具体操作时，将光纤置于两个金属滚轮之间，通过调节滚轮的距离和转速，施加不同的压力和速度，可以在光纤表面形成周期性的压纹，从而产生光栅。
总结起来，光纤上产生光栅的方法包括激光干涉法、光子法、激光光纤拉伸法、电子束曝光法和光纤拉伸压纹法等。
每种方法都有其特点和适用范围，可以根据实际需求选择合适的方法来制备光纤光栅。
随着光纤技术的不断发展，相信在未来会有更多更高效的方法用于光纤光栅的制备。
光纤光栅制作技术综述
光纤光栅制作技术综述相艳荣，孙伟民，苑立波（哈尔滨工程大学理学院物理系，150001）摘要：1978年，K.O.Hill等人首先发现搀锗(Ge)光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生周期性的永久性改变，人们很快意识到可以利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点。
1989年，G.Meltz等人首次采用全息干涉法，制出第一支布拉格谐振波长位于通信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的巨大发展。
目前光纤光栅在光纤通信和光纤传感领域内均引起了革命性的变化。
凭其诸多优点，使许多复杂的全光通信和传感网络成为可能，也就越发显示出它在信息领域的重要地位。
近年来，各种新的光纤光栅写入方法层出不穷，各种新型光纤光栅及其新的应用领域不断涌现，而且光纤光栅的制作技术与其应用领域及特性有着密切的联系。
本文主要综述了光纤光栅的制作技术及其一些特种光纤光栅制作方法的最新进展。
为了介绍各种光纤光栅制作方法的应用领域，本文首先介绍了光纤光栅的光学特性，光敏光纤的制备方法和所需光源等知识。
对于光纤光栅的制作技术，分别说明了短周期光纤光栅（FBG）、长周期光纤光栅（LPFG）的各种写入方法，并比较了各自的优缺点。
目前，啁啾光纤光栅和切趾光纤光栅以其独到的优势而备受关注，因此，本文也对它们的特殊写入方法进行了阐述。
关键词：光纤光栅（FBG）长周期光纤光栅（LPG）制作方法光敏光纤一．引言众所周知，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。
光纤光栅是利用光纤中的光敏特性制成的。
1978年，K.O.Hill等人首先发现搀锗光纤的紫外光敏特性，即光纤的折射率能够在某些波长的光照射下随光强而永久性改变，人们很快意识到利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点。
1989年，G.Meltz等人首次采用全息干涉法，在掺锗石英光纤上研制出第一支布拉格谐振波长位于通信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的大发展。
光纤光栅制作技术综述
光纤光栅制作技术综述
相艳荣;孙伟民;苑立波
【期刊名称】《光电子技术与信息》
【年(卷),期】2004(17)6
【摘要】1978年，Hill K O等人首先发现掺锗(Ge)光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生周期性的永久性改变，人们很快意识到可以利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点．1989年，Meltz G等人首次采用全息干涉法，制出第一支布拉格谐振波长位于通信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的巨大发展．
【总页数】2页(P103-104)
【关键词】光纤光栅;谐振波长;波段;通信;折射率;永久性;周期性;巨大;首次;改变【作者】相艳荣;孙伟民;苑立波
【作者单位】哈尔滨工程大学理学院物理系，黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TN253;TN92
【相关文献】
1.光纤光栅技术与应用专题讲座(一)第1讲光纤光栅的原理及其制作方法 [J], 蒲涛;张秋芳;陈鹏
2.啁啾型光纤光栅原理及制作技术 [J], 李燕;陈建军
3.啁啾型光纤光栅原理及制作技术 [J], 李燕;陈建军
4.基于相位掩模技术的光纤布拉格光栅制作工艺研究 [J], 王广祥;朱月红;文继华
5.光子晶体光纤长周期光栅制作技术与应用最新进展 [J], 于秀娟;张敏;廖延彪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[5]
反射镜
反射镜
柱状透镜 光源
图2
柱状透镜 光谱分析仪
横向侧面曝光法写入光栅实验系统
3） 分波前干涉法 利用此技术制作 FBG 的干涉装置可以用棱镜 或者洛埃镜 。如图 3 示，使用棱镜干 涉法制作 FBG 的示意图。在这个装置中，UV 光束在棱镜的输入面上通过折射而横向展宽。 展宽的光束一分为二，一半光束在棱镜表面上发生全内反射，然后，与另一半光束在棱镜的 输出面上产生干涉。 放在此装置之前的柱状透镜有助于沿着纤芯所形成的干涉图样在一条直
B 2ne f f
2 /
（ neff 为有效折射率）
(3)
01
图 2
0
FBG 的相位匹配条件
01
若要将正向传播导波模式耦合到正向传播包层模式，包层模传播常数用 c1 表示。其中 n
n
为模的阶数，则根据相位匹配条件有：
2 / 1 2 01 cn1
-5 -3
以上，远高于普通光纤中的 10 。B 元素增加光敏性的机理尚不能定论，但有一点是可以确 定的，即光纤中掺入 B 后当紫外曝光时会释放应力，引起较大的调制折射率。此外，还可 高掺杂 Ge，可以掺入元素（钽(Ta)、铈（Ce） 、锡（Sn） 、铒（ Er） 。实验表明，B/Ge 共掺光 纤和掺 Sn 光纤是未来最有希望的光敏光纤。 (2)刷火 用温度高达 1700℃的氢氧焰来回灼烧要写入光栅的区域。 持续 20 分钟， 可使 折射率增大 10 倍以上。这种方法的优点是定位集中，可行性好。 (3)载氢 普通光纤在高压（107 Pa）氢气中放置一段时间后，氢分子逐渐扩散到光纤的 包层和纤芯中， 当特定波长的紫外光(一般是 248nm 或 193nm) 照射载氢光纤时， 纤芯被照部 分中的氢分子立即与锗发生反应形成 Ge-OH 和 Ge-H 键，从而使该部分的折射率发生永久 性的增加。 通常在常温下渗氢数百小时或数天。 通过载氢处理的普通光纤的纤芯折射率变化 -5 -2 幅度可从 10 提高到 10 。研究表明，在包层中掺杂 TiO2 可提高 FBG 的生长效率。 由于载氢的光敏性是暂时的， 因而须在取出高压舱后马上进行紫外 UV 光写入。 写入的 同时可通过加热来获得更高的光敏性， 但加热时间不应超过数分钟， 加热温度也不宜过高以 免引起氢气、氧气反应而造成外加损耗。
2．光源
光纤的光致折射率变化的光敏性主要表现在 244nm 紫外光的锗吸收峰附近。因此除驻 波法用 488nm 可见光外，目前成栅的光源主要有：193nm/248nm 中紫外光，334nm 近紫外 光及 10.6 mCO2 激光。大部分成栅方法是利用激光束的空间干涉条纹，所以成栅光源的空 间相干性特别重要。当前，主要的成栅光源有准分子激光器、窄线宽准分子激光器、倍频氩 离子激光器、倍频染料激光器等。根据实验结果，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。典型的曝光光源为 248nmKrF 准分子激光、193nmArF 准分子激光和 244nm 倍频氩离子激光，均已被证明是光纤材料光折变效应敏感的光源[1]。
式中， 是由模式 1 耦合到模式 2 所需的光栅周期， 1 、 2 分别为模式 1 和模式 2 的传 输常数。 若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式， 从前面给的相位匹配条件可得：
2 / 1 2 01 ( 01 ) 2 01
(2)Байду номын сангаас
如图 2 所示，K 值较大，则 很小( ＜ 1m ), 这种光栅为 Bragg 光栅(FBG)。它的基本特性 就是一个反射式光学滤波器，反射峰值波长称为 Bragg 波长，满足：
单模氩离子激光 光 电 探 测 器 1 光 电 探 测 器 2
[2,3,4]
光纤光栅 吸收材料
图1
内部写入法制作光栅的实验装置
2） 全息干涉法 全息干涉法又称外侧写入法，如图 2 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掺锗光纤的侧面相互干涉，利用光 纤材料的光敏性形成光纤光栅。栅距周期由 UV / 2 sin 给出。可见，通过改变入射光 波长或两相干光束之间的夹角，可以改变光栅常数，获得所需的光纤光栅。这种光栅制造方 法采用多脉冲重复曝光技术， 光栅性质可以精确控制， 但是容易受机械震动和温度漂移的影 响，并且不易制作具有复杂截面的光纤光栅。
[6,7] [8]
-4-
线上。
UV 光 柱状透镜
棱镜 干涉图样
宽带光源
光纤
图3 用棱镜干涉制作光栅的示意图
光谱分析仪
用洛埃镜干涉系统制作 FBG 的实验装置如图 4 示。这个干涉系统由一个非传导性 （dielectric ）的反射镜组成，用以将 UV 光束的一半导入与反射镜垂直的光纤中，之后与另 一半光束产生干涉图样。
[9,10]
-5-
01
图3
0
c(12)
1) c(1
(1) 01 01 c1 2 /
正向传播导波模式耦合到 1 阶正向传播包层模式的相位匹配条件
三．光纤光栅的制作
1 ．光敏光纤的制备
光纤的光敏性是在光纤中形成 Bragg 光栅的关键。 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入光栅。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、掺杂浓度、光纤温度、曝光功率及曝光时间等。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 10-4 数量级便已经饱和。为了满足高速通信 传感的需要，提高光纤光敏性日益重要。 目前光纤增敏方法主要有： (1)掺杂 现在硼/锗 （B/Ge） 共掺光纤已成为现在国际上写入紫外光纤光栅的首选光纤。 B/Ge 共掺光纤的紫外光敏性是目前发现的不用载氢处理的光纤中最高的，折射率可达 10
3．光纤光栅的制作方法
3． 1 布拉格光纤光栅的制作
1） 内部写入法
-3-
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。
光纤光栅制作技术综述
相艳荣，孙伟民，苑立波 （哈尔滨工程大学理学院物理系，150001）
摘要： 1978 年， K.O.Hill 等人首先发现搀锗(Ge)光纤的折射率能够在某些波长的光照射下发生 周期性的永久性改变， 人们很快意识到可以利用这种特性在光纤中制作光纤光栅， 这成为光 纤光栅研究的起点。1989 年，G.Meltz 等人首次采用全息干涉法，制出第一支布拉格谐振波 长位于通信波段的光纤光栅， 从此推动了光纤光栅的巨大发展。 目前光纤光栅在光纤通信和 光纤传感领域内均引起了革命性的变化。 凭其诸多优点， 使许多复杂的全光通信和传感网络 成为可能，也就越发显示出它在信息领域的重要地位。 近年来，各种新的光纤光栅写入方法层出不穷，各种新型光纤光栅及其新的应用领域 不断涌现， 而且光纤光栅的制作技术与其应用领域及特性有着密切的联系。 本文主要综述了 光纤光栅的制作技术及其一些特种光纤光栅制作方法的最新进展。 为了介绍各种光纤光栅制作方法的应用领域，本文首先介绍了光纤光栅的光学特性， 光敏光纤的制备方法和所需光源等知识。 对于光纤光栅的制作技术， 分别说明了短周期光纤 光栅（FBG） 、长周期光纤光栅（ LPFG）的各种写入方法，并比较了各自的优缺点。目前， 啁啾光纤光栅和切趾光纤光栅以其独到的优势而备受关注， 因此， 本文也对它们的特殊写入 方法进行了阐述。 关键词：光纤光栅（FBG）长周期光纤光栅（LPG） 制作方法 光敏光纤
二．光纤光栅的光学特性
光敏光纤通过激光照射， 光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化。 使其内部折 射率呈周期性分布，经退火处理后可长期保存，并在 500℃以下保持稳定不变。如图 1 示。
-1-
纤芯 输入宽光谱
Bragg 光栅 透射光
反射光
图 1
Bragg 光栅结构示意图
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 K＝ 1 2 =2 / ( 为光栅周期) (1)
一．引言
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。光纤光栅是利用光纤中的光敏特性制成的。1978 年，K.O.Hill 等人首先发现搀锗 光纤的紫外光敏特性， 即光纤的折射率能够在某些波长的光照射下随光强而永久性改变， 人 们很快意识到利用这种特性在光纤中制作光纤光栅，这成为光纤光栅研究的起点。1989 年， G.Meltz 等人首次采用全息干涉法，在掺锗石英光纤上研制出第一支布拉格谐振波长位于通 信波段的光纤光栅，从此推动了光纤光栅的大发展。进入 90 年代后期，人们将光纤至于高 压氢气中，使上述光致折变（光照引起的折射率的变化）上升至 10-3 ～10-2 ，提高了光纤写 入灵敏度。 随着光纤光栅制造技术的不断完善，光纤光栅已成为目前最具有发展前途，最具有代 表性的光纤无源器件之一。它具有与光纤通信系统易于连接、插入损耗小等优点，使之在光 纤激光器、光纤放大器、光纤滤波器、光纤传感器和高速光纤通信系统等领域中得到了广泛 的应用。光纤光栅的出现，使许多复杂的全光通信和传感网络成为可能，极大地拓展了光纤 技术的应用范围， 从而为人们梦寐以求进入全光信息时代带来了无限生机和希望。 本文主要 介绍光纤光栅制造技术的进展。