【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 結(jié)構(gòu)上更為簡(jiǎn)單，可(a) (b)采用更少或更靈活的光學(xué)元件。圖4中示出了三個(gè)棱鏡分波面法。圖中，(a)是一端為斜面的長(zhǎng)方棱鏡；(b)是直角三角棱鏡；(c)是等腰三角棱鏡。 (c)圖(a), (b)中紫外光束從斜面人射，調(diào)節(jié)光束位置，使1/2光束從棱鏡反射，在底面和另1/2光束形成干涉場(chǎng)。光纖緊貼底面，進(jìn)行曝光，從而將光柵寫(xiě)人光纖纖芯上。這種方法制得的光柵距為a為晶體人射斜面與水平面的夾角，n1為對(duì)應(yīng)人射波長(zhǎng)的晶體的照射率。由此可見(jiàn)，只需控制人射斜面的傾角，就可以得到所需的光柵周期。等腰三角棱鏡法在(c)圖中紫外光束從棱鏡人射，干涉場(chǎng)在棱鏡底面產(chǎn)生，光纖置于底面附近，得到的光柵柵距為式中，θ為棱鏡的下角。 計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在λB =1550nm時(shí)，a=24. 5o,若a角有0. 1的偏差，偏約2nm，對(duì)應(yīng)λB偏差約6nm?？梢?jiàn)這種方法較前面的MZ干涉法，對(duì)角度調(diào)整的要求較低，同時(shí)光路亦簡(jiǎn)單。 分波面法:雖然兩光束光程很小，從相干性要求看，對(duì)光束的空間相干性亦有較高的要求，也必須對(duì)激光光束進(jìn)行預(yù)先橫模優(yōu)化。 逐點(diǎn)寫(xiě)人法 這是一種非相干寫(xiě)人技術(shù)。利用聚集光束在光纖上逐點(diǎn)曝光而形成光柵，結(jié)構(gòu)如圖7所示。每寫(xiě)一個(gè)條紋，必須移動(dòng)光纖。由于L很小，因此微電機(jī)移動(dòng)距離也很小，是小于lμm量級(jí)的。這是極苛刻的，因而一般用此法制作長(zhǎng)周期光柵。也可用逐點(diǎn)諧波法，即電機(jī)每移動(dòng)一步，步距是光柵柵距的幾倍，以降低對(duì)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的要求。這種方法依據(jù)從高階布喇格光柵方程2n ＝mλB 。得到。 其他寫(xiě)入光柵的主要方法在未來(lái)的光纖通信和光纖傳感領(lǐng)域中，光纖光柵有著巨大的應(yīng)用潛力。為快速有效地在光纖上寫(xiě)入光柵，提出了許多方法，如在光纖拉制生產(chǎn)同時(shí)寫(xiě)入光柵的在線寫(xiě)入法，以及用于模式轉(zhuǎn)換的點(diǎn)點(diǎn)式光柵寫(xiě)入法。在線光柵寫(xiě)入法寫(xiě)入光柵時(shí)，用一定帶寬的脈沖準(zhǔn)分子激光器作為光源，光束經(jīng)由一系列反射鏡的反射，經(jīng)過(guò)一定的距離，到達(dá)制作光柵的位置，讓相干光照射在光纖上形成全息圖，通過(guò)控制落在光纖上的全息圖尺寸和拉制光纖時(shí)光纖的移動(dòng)速度，在極短的時(shí)間內(nèi)可以在同一光纖上寫(xiě)入多個(gè)光柵。實(shí)驗(yàn)表明，光柵的反射率與拉制光纖的速度及脈沖能量有關(guān)，脈沖能量越大，反射率越高。用這種方法制作光柵的關(guān)鍵是光源光束截面的質(zhì)量要好?；诖笈可a(chǎn)的在線光柵寫(xiě)入法是在光纖拉制過(guò)程中未包層以前在纖芯建立光柵，再將光柵的纖芯包層制成光纖，用這種方法制作光柵，快速經(jīng)濟(jì)，在準(zhǔn)分布式傳感和復(fù)用傳感網(wǎng)絡(luò)中有廣闊的應(yīng)用前景。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出在一根光纖上寫(xiě)入不同Bragg波長(zhǎng)光柵的新技術(shù)，可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)反射鏡的角度使兩束干涉光之間的夾角發(fā)生改變，從而得到不同Bragg波長(zhǎng)的光柵。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在光纖拉制過(guò)程中用準(zhǔn)分子激光器1h內(nèi)可以寫(xiě)入約450個(gè)光柵，同時(shí)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制反射鏡傾角建立有不同Bragg波長(zhǎng)光柵組成的光纖光柵陣列。模式轉(zhuǎn)換的光柵寫(xiě)入方法，即點(diǎn)點(diǎn)曝光寫(xiě)入法，其工作原理是:用狹縫控制光敏光纖的曝光寬度(曝光寬度與狹縫寬度相同)，光纖上的點(diǎn)由于光照而使折射率有所變化，用準(zhǔn)分子激光器作光源，點(diǎn)曝光后沿光纖軸移動(dòng)適當(dāng)距離，再對(duì)另外一點(diǎn)曝光，這樣逐點(diǎn)曝光可以在一段光纖上建立光柵結(jié)構(gòu)。利用該技術(shù)可通過(guò)控制曝光點(diǎn)間的相互寬度來(lái)建立周期性或非周期性的光柵結(jié)構(gòu)。使用這種技術(shù)方便靈活，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同波長(zhǎng)的控制，但是它對(duì)機(jī)械傳動(dòng)精度的要求極高。結(jié)語(yǔ)：光纖Bragg光柵的應(yīng)用十分廣泛。它既可作為窄帶濾波器用于波分復(fù)用，也可作為寬帶的高反射鏡構(gòu)成光纖激光放大器，同時(shí)也可作為敏感元件進(jìn)行傳感，而新發(fā)展的啁啾光柵則可作為色散補(bǔ)償元件在光通信中得到應(yīng)用。國(guó)外對(duì)光纖Bragg光柵的研究正方興未艾，國(guó)內(nèi)也已經(jīng)開(kāi)始在此方面的研究，上海光機(jī)所、華南師范大學(xué)等單位制作出了高性能的光纖光柵，這必將推動(dòng)我國(guó)光纖通信和光纖傳感技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。我們相信隨著新工藝、新方法的出現(xiàn)，光纖Bragg光柵將在未來(lái)得到更廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。光纖光柵的制備光纖光柵的分類光纖光柵按折射率變化周期的長(zhǎng)短大體可分為兩類1)短周期光纖光柵(FBG，也叫反射或布喇格光柵):光柵周期一般為零點(diǎn)幾個(gè)微米，耦合發(fā)生在正向與反向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的一個(gè)重要特性是將某一頻段內(nèi)的光反射回去，如圖4所示。2)長(zhǎng)周期光纖光柵(LPG，也叫傳輸光柵):光柵周期在100Lm以上，耦合發(fā)生在同向傳輸?shù)哪Ｊ街g，它的特性是將導(dǎo)波中某頻段的光耦合到包層中損耗掉而讓其他頻段的光通過(guò)，如圖5所示。因?yàn)殚L(zhǎng)周期光纖光柵的出現(xiàn)較晚，其理論分析及實(shí)際應(yīng)用還有待于進(jìn)一步的發(fā)展。 圖4 短周期光纖光柵(m為衍射級(jí)數(shù))圖5 長(zhǎng)周期光纖光柵光纖光柵按常見(jiàn)的折射率分布大體可分為周期性光纖光柵和非周期性光纖光柵。周期性光纖光柵也叫均勻光纖光柵，而非周期性光纖光柵又稱為啁啾光纖光柵(chirpedgratings)，又可分為線性Chirped光柵、Taper型光柵、Morie型光柵和Blazed型光柵等類型。 周期性光纖光柵的制作方法目前，制作周期性光纖光柵的方法大致可分為4類:縱向駐波干涉法、橫向全息曝光法、點(diǎn)光源寫(xiě)入法、位相母板復(fù)制法。1)縱向駐波干涉法。這是加拿大通信研究中心的K。O。Hill等人首次發(fā)現(xiàn)光纖光敏性的方法。它利用注入光纖的入射光和從光纖另一端面返回的反射光在光纖內(nèi)形成駐波，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間曝光后使光纖芯的折射率形成周期性分布而制成光纖光柵。駐波干涉法制作光纖光柵的優(yōu)點(diǎn)是裝置較簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是Bragg反射波長(zhǎng)僅由寫(xiě)入光波長(zhǎng)決定，而且寫(xiě)入效率低，光柵很長(zhǎng)(Hill的實(shí)驗(yàn)中光柵長(zhǎng)為1m)。2)雙光束全息干涉橫向?qū)懭敕?。這是1989年美國(guó)東哈特福德聯(lián)合技術(shù)研究中心的G。Meltz等人首先實(shí)現(xiàn)的。將一小段摻鍺光敏裸光纖在兩束相干紫外光束交疊區(qū)域所形成的干涉場(chǎng)中曝光，引起纖芯折射率的周期性擾動(dòng)，從而形成光柵。與縱向駐波干涉法相比，該寫(xiě)入法寫(xiě)入效率大大提高，并且可以通過(guò)改變兩干涉光束之間的夾角來(lái)調(diào)整光柵的周期，易于獲得所希望的Bragg反射波長(zhǎng)。但這種方法也有其缺點(diǎn):一是對(duì)光源的相干性要求較高，二是對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求較高。3)點(diǎn)光源寫(xiě)入法。這種方法是利用一點(diǎn)光源，沿光纖長(zhǎng)度方向等間距地曝光，使光纖芯的折射率形成周期性分布而制成光纖光柵。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活性高，周期容易控制，可以制作變跡光柵。對(duì)光源的相干性沒(méi)有要求。缺點(diǎn)是由于需要亞微米間隔的精確控制，難度較大，而且受光點(diǎn)幾何尺寸限制，光柵周期不能太小，適于寫(xiě)入長(zhǎng)周期光柵。4)相位母板復(fù)制法。這種方法是將光敏光纖貼近位相光柵母板，利用位相光柵母板近場(chǎng)衍射所產(chǎn)生的干涉條紋在光纖中形成折射率的周期性擾動(dòng)，從而形成光纖光柵。用相位母板復(fù)制法制作光纖光柵的優(yōu)點(diǎn)是:工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，成品率高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。光柵周期與曝光用的光源波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。缺點(diǎn)是母板制作成本較高，一塊母板只能制作一種固定周期的光纖光柵，但用光學(xué)系統(tǒng)放大或拉伸光纖的辦法也可制作周期稍有不同的光柵。 長(zhǎng)周期光纖光柵的制作 長(zhǎng)周期光纖光柵的制作現(xiàn)在主要有以下幾類方法: 紫外光致折變當(dāng)紫外光照射摻鍺光纖時(shí)能引起光纖芯徑折射率的永久性變化。利用紫外光通過(guò)振幅掩模板，引起光纖芯徑折射率周期性分布而形成長(zhǎng)周期光纖光柵，如圖6所示。圖7為我們用這種方法制作的長(zhǎng)周期光纖光柵的傳輸譜。因?yàn)殚L(zhǎng)周期光纖光柵的周期一般為幾百微米，掩模板的制作很方便，而且精確度容易得到保證所以用這種方法制作的光柵，其一致性和光譜特性比較好?；谕瑯拥脑?，還有利用紫外光透過(guò)微透鏡列陣，逐點(diǎn)寫(xiě)入等方法來(lái)制作長(zhǎng)周期光柵，都獲得了很好的結(jié)果。圖6 紫外光透過(guò)振幅掩模板制作光柵示意圖圖7 長(zhǎng)周期光纖光柵傳輸譜 微彎變形韓國(guó)的一個(gè)小組提出了一種利用電弧使光纖發(fā)生微彎而形成長(zhǎng)周期光纖光柵的方法。如圖8(a)所示，剝除涂覆層的光纖緊貼在一個(gè)周期性石英槽上，對(duì)架在槽上的部分用電弧加熱，由于重力作用，在槽處的光纖會(huì)發(fā)生微彎。這樣逐點(diǎn)用相同的電流進(jìn)行加熱，在光