光纤光学光纤光栅3、2光纤光栅FiberGrating1978年由加拿大通讯研究中心(CRC,CanadianResearchCentre)得K、O、Hill、率先报道了光纤得光敏特性,制造了第一支光纤光栅。1989年G、Melts报道了从光纤得侧面用激光得干涉曝光制作了光纤光栅,使光纤光栅得到迅速发展。1993年K、O、Hill提出得相位掩模制造法使光纤光栅得制造技术得到重大发展,使光纤光栅得大批量制造成为可能。一、光纤光栅得基本概念二、光纤光栅得形成机理1、光敏光纤刻栅2、载氢增敏技术大家有疑问的，可以询问和交流通过在光纤拉制中完成后用氢灯对所要曝光得光纤段进行“焰刷”处理。把拉制好得标准通信锗光纤段放在～1700℃得氢氧焰下灼烧,使光纤在240nm处得吸收增加,可获得大于10-3得折射率变化,光纤材料得光敏性提高了一个数量级。缺点就就是高温灼绕破坏了光纤,有长期稳定性得问题。4、多种掺杂5、预加应力增敏技术光纤光栅得生命周期与稳定性光纤光栅得分类:I型、IIA型与II型Ⅰ类光栅:温度稳定性较差(300℃)、脉冲或连续较低掺杂浓度、较低UV曝光量、局部缺陷引起折射率变化、折射率变化⊿n～10-5—10-3三、光纤光栅得制作技术1、内部写入法2、全息相干法3、逐点写入法4、相位掩膜技术斜入射正入射干涉条纹照射到光敏光纤上制作出周期与干涉条纹周期相同得Bragg光纤光栅。优点:对光源相干性要求低,而且光栅得周期与光源得波长无关,对光路稳定性要求低,易于批量生产。缺点:就是成本相对较高,并且一般而言同一块相位掩模板制作得光纤光栅周期相同。四、光纤光栅特性在光纤光栅中,既要考虑折射率得非线性变化,也要考虑折射率得周期性变化。因此考虑到非线性与周期性后,光纤光栅内得折射率写为:Δn为光栅折射率调制深度;表征光栅沿光纤长度方向上折射率得周期性变化;布拉格波数;布拉格波长;与布拉格光栅周期关系表征非线性折射率变化,由于其值很小,我们暂不考虑。根据耦合模理论,应包括向前与向后传播得光,因而光纤中得光场就是正向传播得模式与反向传播得模式得线性叠加,各个模式得系数就是随着传输距离得变换发生变化得。式中,上标“+”表示沿z轴正方向传播得模式,“-”表示沿z轴负方向传播得模式,为电场得传播常数,与为电场得叠加系数。与就是理想波导模式,它们满足理想波导方程,提取它得横向分量,2、光栅得光谱特性光纤光栅刻栅发射率与反射贷款与光纤光栅刻栅长度得关系。光纤光栅刻栅发射率与反射带宽与光纤光栅折射率变化得关系。事实上,随着光栅长度得增加,光栅禁带得形状将更加趋于矩形,且位于禁带内得光波频率都能得到近乎100％得高反射。但就是随着值得变大,光栅禁带两边得弱反射峰也将被放大。这些弱反射峰将严重影响光栅在实际应用中得效果。禁带内高反射率得实现条件当时,当或更大时,在禁带内光栅得反射率将接近100％。因此,利用与得条件,可以估算禁带内高反射率得实现条件。对于用于通信波长得普通光纤布拉格光栅,折射率调制深度,光栅周期。因此要满足得条件,L应超过5mm。这个长度得光栅在光栅制作中就是很容易满足得。因此在实际应用中,光纤光栅可以作为高反射镜。禁带宽度给定一个反射率,我们可以估算出满足此反射率得禁带宽度。对于普通得用于通信得光纤布拉格光栅:有效折射率折射率调制深度光栅周期对应得光栅布拉格波长若定义反射率大于95%得波长范围为光栅得禁带宽度,当光栅长度取等于或大于7、5mm时,禁带宽度大小为0、20nm左右。随着光栅长度得增加,禁带得宽度增加。但就是禁带宽度不能无限制得增加,而就是趋近于一个极限宽度4、5布拉格光纤光栅得应用可调谐单频光纤激光器4、6长周期光纤光栅2、长周期光纤光栅(LPG)中得模式耦合多模光纤纤芯内导模与正向传播得其它纤芯导模耦合单模光纤纤芯内导模与光纤包层模耦合。单模光纤中LPG某些特定波长得基模与包层模之间得耦合。对应谐振波长所耦合得总得包层模能量到达光纤后变成泄漏模而损耗,形成长周期光纤光栅得透射谱、设光纤中入射模为:被耦合得其它模式为:Z=L处得长周期光纤光栅透射率为:相位匹配条件:∆βm＝0,得最大透过率:3、长周期光纤光栅得制作4、长周期光纤光栅制作条件对光栅光谱得影响带宽长周期光纤光栅得光谱半宽(3dB带宽)长周期光纤光栅得长度影响光栅光谱得半宽与被耦合得包层模透射强度。光栅传感器:平坦掺铒光纤放大器中得增益谱当,时1、单段相移光纤光栅反射谱2、多段相移光纤光栅反射谱3、相移保偏光纤布拉格光栅