光纤光栅技术综述(3)

模板后形成的+1级和-1级衍射光对载氢光纤曝光刻写FBG,光栅的谐振波长只与相位模板的周期有关。这种方法对光源的相干性要求不高,制作装置简单,使光纤光栅真正走向实用化和产品化成为可能,成为目前广泛采用的一种方法。

经过几十年的不断发展,目前光纤光栅的制作方法多种多样。采用适当的光纤增敏技术、不同的成栅方法并结合使用合适光源,几乎可以在各种类型的光纤上刻写出光栅。4.1　光纤增敏技术

如上所述,光纤对紫外光的吸收诱导其折射率随紫外光强的空间分布发生变化,这是由掺锗光纤中的GODC所导致的。光纤含锗量越多,GODC就越多,紫外光敏性就越强。普通通信光纤为了调节纤芯的折射率通常都会掺杂一定浓度(3mol%～5mol%)的锗,本身具有一定的光敏性。但是这种低掺锗浓度的普通光纤光敏性很低,它在紫外光诱导

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下形成光纤光栅的折射率调制量仅为10,的光栅反射率较低栅,纤载氢两种方法。

掺杂可分为高掺锗、硼/锗共掺和掺杂稀土元素如钽、铈、锡、铕等。通常所说的光敏光纤即指含锗浓度较高的高掺锗光纤。高掺锗光纤上写出的光纤

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光栅稳定性好,折射率调制量可达10,无需退火处理。但锗的高浓度会提高纤芯折射率,增大数值孔径,因而增加光纤损耗及连接损耗。另外高掺锗光纤还具有较大的非线性。硼/锗共掺也可以大幅度提高光纤的光敏性,其紫外光敏性是目前不用载

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氢处理的光纤中最高的,折射率调制量可达10以上。由于硼能降低折射率,因此硼/锗光纤纤芯折射率可降低到普通单模光纤的水平,从而降低光纤连接损耗。掺锡/锗光纤的优点是它适用于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺,最大光致折射率调制量

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可达10,在高温下温度稳定性要比硼/锗光纤好很多。掺锡的磷光纤(无锗)也表现出巨大的光敏性,可以应用于需要无锗的特殊环境。此外,掺钽、铈、铕、铒等光纤也表现出很大的光敏性。

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低温高压载氢技术是通过外在方式提高光纤光敏性的一种有效方法,制作成本低廉,制备简单,能大幅提高光纤的光敏性。经过载氢处理后,普

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通光纤纤芯的折射率调制量可从10提高到10,这样就使在任意光纤(包括标准光纤、低损耗传输

光纤或其它希望使用的光纤)中制作高反射率的光

纤光栅成为可能。载氢的基本原理是将普通光纤置于高压氢气中一段时间后,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)照射载氢光纤时,纤芯被照部分中的氢分子即与锗发生反应形成Ge-OH和Ge-H键,使该部分的折射率发生永久性的增加。刻写过程结束后,光栅中残存的氢分子有扩散运动,且反应后存在不稳定的Ge-OH键,这都会造成光栅光学特性的不稳定,因此必须用高温退火的方法来保证光纤光栅实际应用时的稳定性。退火一方面可以清除残留在光纤中未反应的氢分子;另一方面可以破坏光栅写入后纤芯中一些不稳定的Ge-OH和Ge-H键。研究发现,,光栅谐振波长向,。4.2图1　光纤光栅制作方法图示