光纤光栅技术综述(4)

752激光与红外　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第36卷

表1　光纤光栅的制作方法

名称

成栅机制

注入光纤的入射光与从光纤另一端面返回

的反射光在光纤内形成驻波,经过曝光后使纤芯折射率形成周期性分布。

优点

缺点

光栅谐振波长与写入波长一致,成栅受限单一。

应用

可制作光纤布喇格光栅,由于光栅谐振波长受限,此法目前基本不能使用。一般可制作光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅。分为分振幅法与分波阵面法,

目前使用不多。

驻波干涉法

(亦称内部写入法)装置较简单,操作要求低。

全息干涉法

利用分光镜将写入光分成两束,通过平面镜反射后两束光以某个角度叠加,产生强度按照周期性分布的干涉条纹,干涉条纹对光纤进行曝光,即可产生光栅。光栅的周期与两束光的夹角有关。

相位掩模板是用光刻蚀技术,在硅质玻璃上刻出的表面凹凸不平的矩形周期性的条纹,具有压制0级,增强1级衍射的功能。当光照在模板上时,透射光分成+1、0、-1级三个方向的衍射光,+1、-1级衍射光在模板后叠加,形成周期性的干涉条纹,0级衍射光较弱,对干涉不产生影响。将光纤放在几乎紧贴模板的后面,经过曝光就可以写出周期为相位模板周期一半的光纤布喇格光栅。

上,激光能量低,可灵活选择光栅波长。

对光源的空间相干性、时间相干性及周围环境要求很高。

相位掩模法

所写光栅周期只与相位模板的周期有关;稳定性、重复性好,对光源的相干性要求较低,产。

每块模板只能制作固定(或稍有差异)周期的光纤光栅,主要用于制作光纤布喇格光栅。此法目前广为采用且最有发展潜力,有接触式和非接触式两种成熟的制作技术。

振幅掩模法

模法相比,模板制作相对简单,成栅周期大。

无法制作出一阶反射波位于1550nm附近的光纤布喇格光栅,对光学系统的要求很高。

需要复杂的聚焦光学系统和精确的位移移动技术,受步进电机及其传动机构精度的限制,光栅制作耗时长,成栅效率低;无法制作出一阶反射波位于1550nm附近的光纤布喇格光栅。

主要用于制作长周期光纤光栅。

点点写入法

通过透镜把光斑聚焦成微米量级(或更小)的小光斑,不通过任何模板直接在光纤上写入光栅。利用高精度步进电机控制光纤运动位移,每隔一个周期曝光一次,通过控制光纤移动速度可以刻写任意周期的光栅。灵活性高,光栅参数(长度、周期、折射率轮廓)可调控,适用于在线写入。是发展前途看好的成栅方法。

一般只用于制作长周期光纤光栅。

组合写入法

将上述方法与写入装置有机结合,同时考

虑光源性质及光纤的制作与连接等因素,结构丰富、形式多可以制作各种光纤光栅。主要有两次曝光样、性能优异、供法、变迹曝光法、外场作用法、在线写入法、需满意刻槽拉伸法、透镜阵列法等等。

主要用于啁啾光纤光

栅及特种光纤光栅的制作。

表2　光纤成栅使用的光源

可用光源

1.KrF准分子激光器(248nm)

2.倍频的氩离子激光器(244nm,257nm)3.四倍频的Nd3+∶YAG激光器(266nm)4.二次谐波铜蒸气激光器(255nm)

5.Xecl准分子激光器倍频染料激光器(240～250nm)

物理机制优　点缺　点

GODC240nm处单光

子吸收

KrF准分子激光器无需倍频,可提供短脉

冲、高功率的能量,脉冲输出频率可调,既可保证掩模法所需的相干度,操作亦简单

方便。是目前最为常用的光源。

氩离子激光器(488nm和514nm)近紫外的连续氩离子激光器(333～

364nm)

GODC240nm处双光

子吸收

GODC330nm处的吸

与内部写入法结合形成驻波成栅,现在已不常用该法。

形成的折射率调制量很小。

收