长周期光栅机理与写入方法及实际应用.doc

1 长周期光栅机理与写入方法及实际应用摘要:对长周期光栅( long period fiber grating,LPFG )的形成机理和研究方法进行了分析,给出了研究的内容和参数以及这些参数与光栅周期、周期数、有效折射率的关系;研究并列举了当今先进的光栅写入方法,通过性能比较, 得出了相关结论。经过搜集和研究给出了长周期光纤光栅在现代传感器和光纤通信中的最新应用进展。蕌关键词:光栅;光纤通信;写入方法;传感器蕌 0 引言蕌当今,随着科技的进步和社会信息化需要,通信技术以前所未有的速度快速发展。以高速率、超宽带, 远距离、大容量、不受电磁干扰为显著特征的光纤通信技术的进步尤为突出。而光纤光栅是指通过光纤的光敏性, 采取驻波法等, 用不同波长的光源照射掺锗、硼的光纤, 或用物理化学方法使光纤的反射和折射发生永改变而形成的特殊光纤。光纤光栅在光纤通信和光纤传感器、光计算、光信息处理等领域 2 有着广泛的应用, 极大的推动了全光网络和数字神经系统的建立和发展。光纤光栅又分短周期光纤光栅和长周期光纤光栅。本文主要介绍长周期光纤光栅的机理和写入方法及其应用。 1 长周期光纤光栅的机理及研究蕌光纤具有光敏性,光敏性是指当光纤纤芯受到特定波长和高于一定强度的激光照射时,折射率会发生永久性变化。光纤的光敏性主要取决于纤芯的制作材料及照射激光的波长和强度。显然, 利用光敏性可以改变光波导结构的折射率, 这一特点可以用来制作无源光器件。光纤光栅就是其重要的应用。蕌长周期光纤光栅是指周期为几十到几百微米的能够实现同向模式间耦合的光纤光栅。长周期光栅的特点是同向传输的纤芯模和高层模之间的耦合, 无反向反射, 属于透射型带阻滤波器。所以,长周期光纤光栅常常也称为透射光栅。蕌长周期光纤光栅理论主要来源于光纤布拉格光栅,研究模型有多种, 其中最具典型的是耦合模理论。研究的关键点主要有: 光纤光栅的导模、包层模和辐射模之间的模式耦合及传输特性。研究的内容和参数包括: 光纤光栅的谐振波 3 长、损耗峰值、带宽、耦合系数、传播常数等以及这些参数与光栅周期、周期数、有效折射率的关系。蕌 199 6年 AT &T 贝尔实验室的 r 等人用紫外光通过振幅掩模板照射氢载硅、锗光纤获得成功, 从而诞生了长周期光栅光纤。 2 长周期光纤光栅的写入方法蕌长周期光纤光栅写入方法很多,主要有:紫外光法, 电弧放电法,离子束入射法, CO2 激光法,腐蚀刻槽法,机械微弯变形法等。其各有优缺点。下面仅以主要的几种方法说明写入的原理和过程。 紫外光写入法蕌这种写入方法的原理是:用紫外光通过振动模板曝光氢载掺锗光纤, 使得掺锗光纤的光敏性引起纤芯折射率的周期性调制,如图 1 所示。蕌图1 倾斜振幅掩模板写入不同周期的长周期光纤光栅通过改变掩模板缝隙的周期,还可以写入不同谐振波长的长周期光纤光栅, 以满足实际应用需求。图1中, 通过改变模板与光纤之间的夹角 f ,就可改变光栅周期 fb。蕌此种方法的缺点是热稳定性较差。常可用退火法来提 4 高光栅的热稳定性。 腐蚀刻槽法蕌腐蚀刻槽法是直接利用氢***酸周期性腐光纤形成周期性的环槽结构,从而形成长周期光纤光栅。如图 2 所示。蕌图2 腐蚀刻槽法写入的长周期光纤光栅示意图此种方法形成的光纤光栅其折射率变化不仅发生在纤芯,