新型的简单、可靠地光纤光栅制作技术.doc

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1、新型的简单、可靠地光纤光栅制作技术光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用随着光纤光栅应用范围的日益扩大，光纤光栅的种类也日趋增多。根据折射率沿光栅轴向分布的形式，可将紫外写入的光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。其中均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度和折射率变化的周期(也称光纤光栅的周期)均沿光纤轴向保持不变的光纤光栅，如均匀光纤Brag光栅(折射

2、率变化的周期一般为0.1um量级)和均匀长周期光纤光栅(折射率变化的周期一般为100um量级);非均匀光纤光栅是指纤芯折射率变化幅度或折射率变化的周期沿光纤轴向变化的光纤光栅，如chirped光纤光栅(其周期一般与光纤Bragg光栅周期处同一量级)、切趾光纤光栅、相移光纤光栅和取样光纤光栅等（拓普光研）。均匀光纤光栅均匀光纤Bragg光栅折射率变化的周期一般为0.1um量级。它可将入射光中某一确定波长的光反射，反射带宽窄。在传感器领域，均匀光纤Bragg光栅可用于制作温度传感器、应变传感器等传感器;在光通信领域，均匀光纤Bragg光栅可用于制作带通滤波器、分插复用器和波分复用器的解复用器等

3、器件。切趾光纤光栅对于一定长度的均匀光纤Bragg光栅，其反射谱中主峰的两侧伴随有一系列的侧峰，一般称这些侧峰为光栅的边模。如将光栅应用于一些对边模的抑制比要求较高的器件如密集波分复用器，这些侧峰的存在是一个不良的因素，它严重影响器件的信道隔离度。为减小光栅边模，人们提出了一种行之有效的办法一切趾所谓切趾，就是用一些特定的函数对光纤光栅的折射率调制幅度进行调制。经切趾后的光纤光栅称为切趾光纤光栅，它反射谱中的边模明显降低（拓普光研）。取样光纤光栅取样光纤光栅也称超结构光纤光栅，它是由多段具有相同参数的光纤光栅以相同的间距级联成。除了用作梳状滤波器之外，取样光纤光栅还可用与波分复用系统中的分

4、插复用器件。与其他分插复用器件不同的是，取样光纤光栅构成的分插器件可同时分或插多路信道间隔相同的信号。光纤光栅主要的制作方法有下列几种。1）内部写入法内部写入法又称驻波法。将波长488nm的基模氛离子激光从一个端面耦合到锗掺杂光纤中，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变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅，它起到了Bragg反射器的作用。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，并且上述方法只能够制作布拉格

5、波长与写入波长相同的光纤光栅，因此，这种光栅几乎无法获得任何有价值的应用，很少被采用。2）全息干涉法全息干涉法又称外部写入法。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∧=λuv/(2sinθ)给出。可见，通过改变人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曝光技术，光栅性质可以精确控制，但是容易受机械震动或温度漂移的影响，并且不易制作具有复杂截面的光纤光栅，这种方法使用不多。3）相位掩膜法相位掩膜板（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，光功率

6、相等。两束光干涉形成明暗相间的条纹，在相应的光强作用下纤芯折射率受到调制。紫外光经过掩膜相位调制后衍射到光纤上形成干涉条纹，写入周期为掩膜周期一半的Bragg光栅。这种成栅方法不依赖于人射光波长，只与相位模板的周期有关，因此，对光源的相干性要求不高，简化了光纤光的制造系统。用低相干光源和相位掩膜版来制作光纤光栅的这种方法非常重要，并且相位掩膜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，是制作光纤光栅最常用，最简便的一种方法。综上所述，虽然制作光纤光栅的方法很多，但是只有相位掩膜法是目前最行之有效的。尽管如此，相位掩膜法依然存在

7、很多问题，例如：相位掩膜法对制作光路的搭建，包括光源、光路元器件的选用，以及操作人员的技能熟练程度依然有较高要求，并且即使在此基础上，依然较难保证制作的光栅的一致性。升级的相位掩膜法为了实现更加简单高效、一致可靠的光纤光栅制作，需要对光纤光栅制作技术和工艺，以及制作系统进行全面的改进。北京拓普光研公司的合作伙伴瑞典Northlab公司，对传统的相位掩膜法进行了全面的研究，包括光源以及元器件的筛选，制作流程及制作工艺的精细