光纤光栅技术综述(2)

出反射率达99%的FBG,谐振波长1067nm,3dB带宽0.2nm。将其与掺镱双包层光纤熔接,利用该光栅与双包层光纤端面构成全光纤化光纤激光器的谐振腔,实现了输出功率3.1W,斜效率83%的激光输[2]

出。2000年,他们将FBG直接刻写在掺镱双包层光纤上构成光纤激光器,泵浦功率为10.5W时最

[3]

大输出功率7.5W。2004年,他们又用244nm的紫外光源,采用全息干涉法在载氢的梯度折射率多模光纤上刻写出透射谱深度9dB的FBG,并与掺镱双包层光纤熔接作为光纤激光器的全反镜,利用双包层光纤另一端面作输出镜,实现了多模激光输出,

μm,斜效率为激光运转的光谱范围在1.03～1.09

。

2004年,SeunginBaek等人发现将FBG刻写在双包层光纤的内包层上可以反射光纤激光器中的泵

[5]

浦光,使泵浦光双程通过增益光纤,内包层FBG55%～85%

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248nm的KrF激光器作光源,利用相位掩模法直接

在掺镱双包层光纤纤芯上刻写出FBG用作输出镜,在1058nm附近得到稳定的窄线宽激光输出,最大

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输出功率570mW。3　光纤光栅形成的物理机制光纤光栅是利用掺杂光纤的光敏性制作而成的。光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时,光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应变化的特性,它是光纤光栅周期性折射率变化的根本原因。

光纤光敏性的微观机理目前还不是十分清楚,主要的一种解释是:在掺锗光纤中,锗的加入使SiO2晶格阵列产生了扭曲,形成了畸变的晶格结构,产生了缺陷,称为锗氧缺陷中心(GODC)。在掺

锗石英的吸收谱中有两个要的吸收峰,位于240nm和处,-单态GODC吸

[--单态。色

对泵浦光的有效反射率达46.4%,从而使光纤激光器的斜效率提高8.5%。泵浦功率的吸收,2005年,Torres2[6]

光纤激光器。(>99%),波长分别为1064nm、1080nm、1096nm的FBG串接构成可变反射镜,实现输出波长的调谐,斜效率达50%。

2004年,Mihailov等人使用800nm的钛宝石飞秒激光器作光源,采用相位掩模法在未经载氢的标准掺锗通信光纤(SMF-28)纤芯及掺氟包层、纯石英纤芯单模光纤上刻写出高质量的FBG,折射率调

-3

制量为1.9×10,光纤光栅在温度达950℃时仍显

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示出高稳定性。Wikszak等人使用800nm的钛宝石飞秒激光器作光源,采用点点写入法刻写出

-3

μm,FBG,折射率调制量为1.4×10,光栅周期2.1长度2.1mm,反射率9.2%。同年,Martinez也采

用同样方法刻写出FBG,该法无需相位模板和光敏

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光纤,并且与Wikszak的工作相比刻写时间更短。此外,Nikogosyan等人首次报道了用高亮度(31～

2

86GW/cm),264nm的紫外飞秒脉冲刻写FBG,在SMF-28光纤上诱导的折射率调制量达2×

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,由Hand和Russel于1990年提出。该模型认为:掺锗光纤中GODC的Ge-Si键对应的吸收峰在240nm附近,它对240nm的紫外光有强烈吸收。紫外光照射光纤后,光纤中的GODC吸收光子,Ge-Si键会被打破并释放电子,导致240nm处吸收峰的漂白,释放出的电子又被临近的锗俘获,形成新的色心,并产生新的吸收峰,从而引起光纤吸收光谱的变化,吸收光谱的变化将引起光纤折射率的变化,二者通过Kramers2Kroning关系相联系。此外,利用330nm处的单态-三态GODC吸收峰也可以制作永久性的折射率光栅,但是相比240nm处的单态-单态吸收峰激发,这种方式造成的折射率调制量要小的多,低三个数量级以上。4　光纤光栅的制作

世界上第一只FBG是加拿大通信研究中心的Hill等人于1978年实现的,他们使用488nm氩离子激光器作光源,利用驻波干涉法成功制作出

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FBG。用该法制作的FBG的谐振波长要受到激光写入波长的限制。1989年,美国的Meltz等人提

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出了紫外侧写技术,以波长244nm的紫外光作光源,利用全息干涉法从侧面对载氢光纤进行曝光刻写FBG。由于光栅的谐振波长与两束写入相干光的夹角有关,因此可以制作出谐振波长与写入波长不同的光纤光栅。此种方法对光源的相干性和系统的稳定性要求较高。1993年,Hill等人又提出了相

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位模板侧向写入技术,用紫外光垂直照射相位掩

。

国内中科院长春光机所的潘玉寨等人2004年报道了,利用反射率达99%的光纤光栅与掺镱双包10

-3[10]

层光纤熔接构成谐振腔的高功率光纤激光器,获得了10.8W的单横模输出,输出波长1100.5nm,斜效

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率59%。2005年,南开大学的李丽君等人用