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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。
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。
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。
图1Bragg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=
=2
(
为光栅周期)
(1)
式中,
是由模式1耦合到模式2所需的光栅周期,
、
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)
如图2所示,K值较大,则
很小(
),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:
(
为有效折射率)(3)
图2FBG的相位匹配条件
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
表示。
其中n为模的阶数,则根据相位匹配条件有:
(4)
由于正向传播导波模式和正向包层模式的传播常数都为正,如图3所示,K值较小,则
很大,一般为几百微米,这种光栅为长周期光纤光栅(LPFG)。
它的基本特性是一个带阻滤波器。
一个给定周期的光栅可使基模与包层内几个不同阶次模的耦合,造成传输谱在不同波长处的损耗凹陷。
图3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以上,远高于普通光纤中的10-5。
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(107Pa)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幅度可从10-5提高到10-2。
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]。
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
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[2,3,4]。
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。
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[5]。
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
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。
图2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[6,7]或者洛埃镜[8]。
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线上。
图3用棱镜干涉制作光栅的示意图
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。
图4用洛埃镜干涉制作光栅的示意图
分波前干涉技术的一个重要优势在于仅使用一个光学器件,这大大降低了系统对机械震动的敏感度。
但它的缺点是光栅长度和布拉格波长的调谐范围受到限制。
4)相位掩模法[9,10]
如图5示。
相位掩模板(PhaseMask)是衍射光学元件,用以将入射光束一分为二+1级和-1级衍射光束,它们的光功率电平相等,两束激光相干涉并形成明暗相间条纹,在相应的光强作用下纤芯折射率受到调制。
相位掩模板是一个在石英衬底上刻制的相位光栅,它可以用全息曝光或电子束蚀刻结合反应离子束蚀刻技术制作。
它具有抑制零级,增强一级衍射的功能。
Bragg光栅写入周期为掩模周期PM一半的。
这种成栅方法不依赖于入射光波长,只与相位掩模的周期有关。
因此,对光源的相干性要求不高,简化了光纤光栅的制造系统,其主要缺点是不同Bragg波长要求不同的相位掩模板,并且,相位掩模板的价钱较贵。
用低相干光源和相位掩模板来制作光纤光栅的这种方法非常重要,并且相位掩模与扫描曝光技术相结合还可以实现光栅耦合截面的控制,来制作特殊结构的光栅。
该方法大大简化了光纤光栅的制作过程,是目前写入光栅常用的一种方法。
图5PhaseMask法制备光纤光栅示意图
5)在线成栅
南安普顿大学的LDong等人采用脉冲单点激射的方法,首次实现了在光纤拉制过程中写入光纤光栅的实验[11]。
如图6所示。
它是光纤拉制过程中在裸光纤上直接写入光栅,接着进行涂覆,从而避免了光纤受到额外的损伤,保证了光栅的良好强度和完整性。
图6光纤拉丝塔下横向向侧面干涉曝光法光纤光栅在线制作装置示意图
美国海军实验室的Askins等人改进了上述在线光纤光栅制作方法[12],如图7所示。
在他们的干涉系统中,反射镜M3和M4程控可调,使得两束干涉光束的夹角连续可调,从而可在线自动地在一根光纤上写入反射波长不同的一系列光纤光栅。
使用这种方法,制造工艺简单,使连续大批量生产的光纤光栅成为可能,提高了光栅性能的稳定。
图7反射波长可调的系列光纤光栅在线制作实验装置
(图中反射镜M3、M4及拄状透镜CL程控可调)
6)直接写入法
直接写入法是指在制作光纤光栅时,无须剥除光纤的涂覆层而直接在纤芯上写入光纤光栅的方法。
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[13]或GeneralE1ectricRTV615硅胶[14],通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤载氢等方法,可以有效提高光纤光栅的写入时间。
在两硅平板间夹150μm厚的RTV615硅胶用分光计分析了这种涂敷层的紫外光吸收特性,在248nm波长处透过率达92%,有低的紫外光吸收率,因而可以用244nm倍频激光器或248nmKrF准分子激光器透过涂敷层写入光纤市喇格光栅。
这种方法解决了以往传统方法中必须采用裸光纤的弊端,减少了对光纤光栅制作完后要立即进行涂覆的工艺复杂性,具有很好的应用前景。
7)聚焦离子束写入
利用聚焦离子束(FocusedIonBeam:
FIB)可以写入任意的光纤光栅结构[15],FIB既可以用研磨方式,也可以用沉积方式。
研磨光栅基本结构如图8所示,光栅研磨出的槽离纤芯只有几
m,研磨15—20个槽就可获得高的反射率,槽数越多反射越大。
其实验步骤是:
第一步,先剥去涂敷层,除去包层较厚的部分;第二步,固定光纤以便刻蚀和放入真空室研磨,光栅结构要研磨得靠近纤芯。
研磨方法简单但实现不易,常用的方法是用氢氟酸腐蚀掉部分包层后开始研磨,但光纤研磨下来的物质充电沉积在研磨区,将会降低研磨效率,并且由于材料的再沉积,槽的深宽比将被限制在一个较小的值。
研磨时间取决于研磨材料和束电流。
这种方法的关键是要解决工艺难度,才有可能获得广泛的应用。
图8FIB研磨的光栅结构
3.2长周期光纤光栅的制作
1)振幅掩模法
aUV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He2+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He2+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20×1015He2+/cm2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。
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100
m,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1
m,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。
此外,所形成的光栅具有低的插人损耗(小于0.2dB)和高的热稳定性,在8000C以下性能没有任何降质。
微弯构造LPFG的另一优点是不需要特殊的光纤(如掺杂、载氢以提高光敏性),其缺点是光纤的机械特性有所下降。
图3电弧感生微弯法制作LPFG
3)残余应力释放
在芯径是纯二氧化硅、包层内掺氟的光纤中,被拉伸时由于光弹效应在高粘度的芯径区引入了残余应力,折射率会降低。
当用火焰、电弧或高功率激光退火时,可以很容易地将芯径内残余的应力释放掉,纤芯的折射率又可以恢复到原来的水平。
如果对有残余应力的光纤进行逐点周期性退火,就可以在纤芯内形成周期性折射率变化,从而形成光栅[19,20,21]。
此项技术方法比较简单,而且这种长周期光纤光栅具有较好的温度特性,特别是高温稳定性较好,可以用来做高温下的温度传感器[20]。
a利用弧光放电
此法利用熔接机的电弧而产生纤芯内残余应力释放,来改变光纤的折射率。
如图4示,把没有装护套的光纤放在熔接机的两个电极之间,光纤靠一个与控制马达相连的移动平台拉动。
当使用电弧在选定的电流和持续时间之后,光纤沿纵向移动,电弧继续放电。
这个过程重复进行,在此过程中,光纤没有应变,从而确保其没有物理形变[22]。
利用此技术,通过选择恰当的电弧电流和持续时间,就可制造出所需耦合强度的LPFG。
图4利用弧光放电制作LPFG示意图
b利用聚焦CO2激光器
采用10.6
m自由空间波长CO2激光脉冲对光纤逐点曝光。
光纤在制造过程中生了很高的残余应力,用聚焦CO2激光脉冲辐射可以释放其中的应力而形成LPFG[23]。
如图5示。
使用B2O3作为掺杂物可以增加粘性差异,并可控制LPFG的温度敏感性。
这种方法不需要光纤的物理变形,通过CO2激光光束一致的、均衡的照射,polarizationdependence可以被抑制掉。
图5采用CO2激光器制作LPFG的示意图
4)熔融拉锥法
利用制作耦合器的熔融拉锥工艺来制作长周期光纤光栅[24,25]。
在用高功率激光、电弧或火焰对光纤进行局部加热的同时,对光纤施加一定的应力,使得光纤芯径发生周期性变化,从而形成光栅。
可用精密切割机在光纤表面上刻周期性的v型槽,v型槽的周期数和间距决定所需滤波器的共振波长和带宽等。
v型槽的深度及形状将影响光纤光栅的折射率分布轮廓,从而决定光栅的效率。
如图6所示,把刻好周期性v型槽的光纤置于光纤拉锥机上,光纤一端与光源连接,另一端连接光学光谱分析仪(OSA)进行监测,用氢气火焰对光纤V型槽区域进行拉伸退火,由于受熔融玻璃表面应力影响被刻v型槽一边光纤纤芯的不平衡等因素,而使得纤芯产生周期性畸变,导致纤芯折射率的周期性变化[26]。
图6熔融拉锥法制作LPFG的示意图
5)微透镜阵列写入
这种方法的关键技术是采用一种微透镜阵列,将一平行的宽束准分子激光聚焦成平行等间距的光条纹,投影到单模光纤上,其中相邻微透镜之间无间隙,其中心间距决定了写入光栅的空间周期。
用熔融石英光纤构成微透镜阵列的方法来制作LPFG[27]。
由于这种材料的损坏阈值与光纤相似,且不会阻挡激光,同时它又可以将激光束聚焦成周期性的图形,因此是一种很有吸引力的方法。
采用在180~1100nm波长都具有低衰减的低成本UV级熔融石英光纤构成微透镜阵列制作LPFG[28],经50s的曝光后就产生了11.7dB衰减的LPFG,而在同样条件下用金属掩模板经200s的曝光后才产生10.9dB衰减的LPFG。
这种技术的写入效率比金属掩模技术提高了4倍。
但微透镜阵列的缺点在于阵列和光纤之间的间隔需要精确控制,以及大功率的紫外光束很容易损坏微透镜阵列。
新研制成功的平凸微透镜阵列改进了微透镜阵列技术,进一步提高了制作效率[29]。
如图7示,采用石英玻璃制备的柱形微透镜模板的截面图,当一宽束准分子激光垂直入射到微透镜阵列上,透过微透镜阵列,在其焦平面上形成一系列等间距的聚焦条纹,条纹处强度比入射光强度高出三个数量级,实验表明,随着写入时间的延长,长周期光栅的深度也不断增大,特征波长向长波方向移动。
因此,通过控制写入的时间和照射到模板上光栅的宽度即写入光栅的总长度,可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。
图7采用微透镜制作LPFG的示意图
6)机械感生法[30]
机械感生原理早在1980年就在双折射光纤的偏振模式和光纤两种模式(LP01\LP11)的耦合中得到应用。
如图8所示,当光纤位于沟槽板(沟槽周期为
)和平板之间时,如果对沟槽板施加压力,则光纤受到沟槽板传递的力。
由于沟槽板上的沟槽是周期性的,经光弹效应,在光纤上引起周期的折射率调制。
通过改变光纤与凹槽之间的角度可以调节光栅的周期和损耗峰的位置。
通过调节压力的大小可以控制光栅的损耗峰的深度。
实验发现不去除光纤的护套时光栅的插人损耗小,而去除护套时光栅的插人损耗大,原因可能是护套减少光纤的微弯。
用这种方法制作的光栅,其透射谱的温度稳定性与光感生的光栅类似。
这种LPFG的另一个特点是可擦除,即当压力去除后,光纤的传输可恢复到它的最初波段。
因而,使用同样的沟槽板和光纤可得到宽范围的滤波功能。
图8机械感生法制作LPFG的示意图
然而,对于机械感生的LPFG,由于外部压力所致的线性双折射而表现出偏振模式色散,这是我们不愿看到的。
因此,采用如图9示的装置,可以在两个LPFG之间加一个900光纤旋转器,这样就可以补偿线性双折射现象[31]。
FH(fiberhoder)、FT(fibertwister)、SMFP(singlemodefiberpolarizer)分别代表光纤控制器、光纤扭转器、单模光纤偏振器。
图9采用补偿措施制作LPFG的示意图
7)腐蚀刻槽法[32]
光纤剥离涂覆层,表面经处理,平直固定,沿轴向等间距均匀喷涂一定宽度的金属薄层,然后将光纤置于氢氟酸中,氢氟酸对光纤材料的腐蚀特性使未涂覆金属层的光纤表面被刻蚀,形成周向对称的轴向周期性结构,使其光学特性发生轴向的周期性调制,形成长周期光纤光栅。
为使之刻蚀均匀,氢氟酸中应加入缓蚀剂。
8)扫描法
这种方法延伸了点-点写入技术,而且不需要额外的费用就可写入任意形式的LPFG[33]。
实验装置如图10所示,UV光束通过显微镜物镜照射到光纤上,显微镜物镜的作用是使光束聚焦后尺寸小于30μm。
微控移动平台使UV光束沿着光纤方向进行扫描,此时,由计算机控制的光圈便使光纤周期性的曝光。
在这里,光圈的改变是靠移动平台的位置来触发的。
光栅的最大长度由移动平台移动的总长度决定,这个限制可通过平移光纤来克服。
实验表明,制作出长为11mm,周期为500μm的LPFG,经测试,实验值与模拟值吻合,从而说明了这个简易方法的准确性。
图10制作LPFG的实验装置图
9)热扩散法
制备光栅的光纤纤芯为掺氮硅玻璃,包层纯硅。
利用氮的热扩散型,通过加热,使光纤纤芯模式点处产生径向梯度的变化。
逐次的加热可以形成光栅的轴向周期性调制。
这种方法制备的光栅有强的抗温度干扰性。
3.3啁啾光纤光栅的制作
啁啾光纤光栅的周期是随其长度变化的,变化形式较多,如线性变化、按平方率变化、随机变化等等;还有一类啁啾光纤光栅,其周期保持恒定,而有效折射率的大小随其长度有一定的变化。
在用不同的方法实现色散补偿系统中,啁啾光纤光栅是最有前途的方法。
基于啁啾光栅在色散补偿系统中所表现出来的巨大潜力,所以各种专门写入啁啾光栅的方法纷纷出现。
分述如下:
1)二次曝光法
如图1(a)所示,在第一次曝光中,将一个不透明的模板放在光纤与光源之间,让其以恒定速度平移,模板运动增加了部分光纤的曝光时间,线性地改变了光纤所接受的辐射量,从而在光纤上形成了一个渐变的有效折射率梯度。
如图1(b)所示,第二次曝光利用相位掩模板在第一次曝光的光纤段写入均匀周期光栅。
由于第一次曝光导致光纤有效折射率变化,最终所得的光栅是一个线性啁啾光纤光栅。
这种二次曝光法[34]的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路,使制作方法大大简化,缺点是两次曝光导致折射率变化量过大,易引起光栅色散曲线的振荡。
(a)b)
图1二次曝光法制作啁啾光纤光栅原理图
2)全息干涉法
这种制作啁啾光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入焦距不等的柱状透镜,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,形成啁啾光纤光栅。
氩离子激光器产生的激光倍频后(
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