长周期光栅机理与写入方法及实际应用（一）

导言　　

　　当今，跟着科技的前进和社会信息化需求，通讯技能以史无前例的速度疾速发展。以高速率、超宽带，远间隔、大容量、不受电磁搅扰为明显特征的光纤通讯技能的前进尤为杰出。而光纤光栅是指颠末光纤的光敏性，采纳驻波法等，用异样波长的光源照耀掺锗、硼的光纤，或用物理化学办法使光纤的反射和折射发作永改动而构成的特别光纤。光纤光栅在光纤通讯和光纤传感器、光计算、光信息处理等范畴有着广泛的使用，极大的推动了全光网络和数字神经体系的树立和发展。光纤光栅又分短周期光纤光栅和长周期光纤光栅。本文首要引见长周期光纤光栅的机理和写入办法及其使用。
　　
　　1 长周期光纤光栅的机理及研讨　　

　　光纤具有光敏性，光敏性是指当光纤纤芯遭到特定波长和高于必定强度的激光照耀时，折射率会发作永久性改动。光纤的光敏性首要取决于纤芯的制造材料及照耀激光的波长和强度。明显，使用光敏性可以改动光波导布局的折射率，这一特色可以用来制造无源光器材。光纤光栅就是其重要的使用。
　　长周期光纤光栅是指周期为几十到几百微米的可以完成同向形式间耦合的光纤光栅。长周期光栅的特色是同向传输的纤芯模和高层模之间的耦合，无反向反射，归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。
　　长周期光纤光栅理论首要来源于光纤布拉格光栅，研讨模型有多种，其间最具典型的是耦合模理论。研讨的要害点首要有：光纤光栅的导模、包层模和辐射模之间的形式耦合及传输特性。研讨的内容和参数包罗：光纤光栅的谐振波长、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、有用折射率的联络。
　　1996年AT＆T贝尔试验室的A.M.Vengsarkar等人用紫外光颠末振幅掩模板照耀氢载硅、锗光纤取得成功，然后诞生了长周期光栅光纤。

　　
　　2 长周期光纤光栅的写入办法　　

　　长周期光纤光栅写入办法许多，首要有：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。其各有优缺陷。下面仅以首要的几种办法阐明写入的原理和进程。
　　2.1 紫外光写入法
　　这种写入办法的原理是：用紫外光颠末振荡模板曝光氢载掺锗光纤，使得掺锗光纤的光敏性惹起纤芯折射率的周期性调制， 歪斜振幅掩模板写入异样周期的长周期光纤光栅

　　颠末改动掩模板缝隙的周期，还可以写入异样谐振波长的长周期光纤光栅，以满意实践使用需求。颠末改动模板与光纤之间的夹角f，就可改动光栅周期fb。
　　此种办法的缺陷是热稳定性较差。常可用退火法来进步光栅的热稳定性。　　2.2 腐蚀刻槽法
　　腐蚀刻槽法是直接使用氢氟酸周期性腐光纤构成周期性的环槽布局，然后构生长周期光纤光栅。
腐蚀刻槽法写入的长周期光纤光栅暗示图

　　此种办法构成的光纤光栅其折射率改动不只发作在纤芯，并且在包层也起了很大改动。还，由于光纤内部腐蚀局部和未腐蚀局部的直径异样，在对光栅施加必定压力后将惹起折射率的改动，由此，此种长周期光纤光栅可以使用在应力、曲折、歪曲、温度等传感器中。
　　2.3 离子束入射法
　　离子束入射法是用氢（H+）或氦(He+)离子束沿轴向周期性入射到光纤外表并注入到包层和纤芯，使其折射率发作周期性改动，构生长周期光纤光栅。其写入办法如图3所示。　　
　　图3 离子束入射法写入长周期光纤光栅的暗示

　　该光纤光栅的长处：室温下，惯例光纤可构生长周期光纤光栅；颠末调理入射粒子束的剂量来完成对光纤折射率调制巨细的操控；高温稳定性好，习惯高温环境下任务。
　　
　　3 长周期光纤光栅在实践中的使用　　
　　
LPFG的周期相对较长，满意相位匹配条件的是同向传输的纤芯模和包层模。这就招致了LPFG的谐振波表和幅值对外界环境的改动十分灵敏，具有更好的温度、应变、曲折，歪曲、横向负载、浓度和折射率灵敏度；另一方面，LPFG的滤波等特性在光纤通讯中具有重要位置和价值。下面给出当前LPFG在传感器和通讯范畴的最新的使用效果。
　3.1 温度、应变还丈量传感器
　　温度、应变还丈量是实践工程丈量使用中的穿插丈量问题。LPFG的谐振波长与应变和温度都具有较好的线性联络。实践丈量时由LPFG和光纤布拉格光栅级联组合而成，完成温度和应变的还丈量。精度可以别离到达±9με和±1.5℃。