如何制造光纤布拉格光栅？用在什么地方呢？

本文介绍了如何制造光纤布拉格光栅以及用在什么地方。

光栅是通过将光纤暴露在紫外线下来写入的。紫外线（244nm）能够对芯的折射率进行永久性的改变。

折射率的变化确实非常小。但我们不需要大的折射率变化，因为光栅中有大量的周期（1厘米长的光栅有大约10000个波长周期）。0.0001的折射率变化足以形成有效的光栅。

A. 写光栅有很多种方法其中最重要的两个。

1. 干涉图案写入

使用来自单个激光器的光束，光束被分离，然后在被处理的光纤上重新组合。产生干涉图案，并且这可以被布置为了可以控制光栅的周期。

这种方法在实验室中已经很好地建立起来，但很难用它写长光栅。（1或2厘米大约是极限。）许多潜在的用途要求光栅相当长（在某些应用中为20至30厘米），而这种技术不适合较长的光栅。

2. 相位掩膜

相位掩模衍射单个入射光束。衍射光束具有干涉条纹，可以控制干涉条纹以产生我们正在寻找的类型的周期性变化。这比双光束技术有一个优点，即它允许我们制作非常长的光栅。掩模很长，光束沿着掩模扫描。相位掩模技术有许多变体，其中一些变体正在商业使用中。

在之前的讨论中，光栅被说明为在每个界面处折射率都发生突变。这不是真的。实际光栅如下图所示。指数的变化是相当渐进的，在性质上接近正弦波。这实际上对光栅的有效性影响很小。

B. 光纤布拉格光栅对温度敏感度与封装

与大多数光学设备一样，FBG的波长随着设备的环境温度而变化。这只是部分由纤维随温度的膨胀和收缩以及芯中RI变化的间距变化引起的。主要影响是纤维本身的RI随温度的变化。

然而，这并没有我们预期的那么糟糕。未封装光栅确实非常稳定，在80°C的温度范围内，总变化约为1 nm！如下图所示，可以被动稳定FBG，使其不会随温度发生显著的波长变化——当温度升高时，不锈钢管的膨胀导致纤维中的张力减小。张力的这种变化被安排成引起与纤维本身的正常热运动引起的波长变化相反的方向上的波长变化。这两种效果都平衡了，就得到了一个不需要主动温度控制的稳定设备。

 

C. 光纤布拉格光栅应用

1. 波长稳定激光器

有多种方法可以使用FBG来控制（稳定）激光器以产生单个波长的窄带。

2. 色散补偿

啁啾Chirped FBG可以用于补偿现有的光传输网络，以允许它们在1550nm频带中工作。

3. WDM系统中的波长选择

4. 传感应用

审核编辑：刘清