光纤光栅概述

　　光纤光栅是近几年发展*为迅速的光纤无源器件之一。自从1978年K.0.HillLt”等人首先在掺锗光纤中采用驻波写入法制成世界上**只光纤光栅以来，由于它具有许多独特的优点，因而在光纤通信、光纤传感等领域均得到广泛应用。随着光纤光栅制造技术的不断完善，应用成果日益增多，使得光纤光栅成为目前*有发展前途、*具有代表性的光纤无源器件之一。光纤光栅的出现使构建复杂的全光纤通信和传感网成为可能，极大地拓宽了光纤技术的应用范围。

　　光纤光栅是利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的**性变化)，在纤芯内形成空间相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可构成许多性能独特的光纤无源器件”6IE7j。例如，利用光纤光栅的窄带高反射率特性构成光纤反馈腔，依靠掺饵光纤等为增益介质即可制成光纤激光器;用光纤光栅作为激光二极管的外腔反射器，可以构成外腔可调谐激光二极管;利用光纤光栅可构成Michelson干涉仪型、Mach—zehnder干涉仪型和Fabry·Perot干涉仪型的光纤滤波器;利用闪耀型光纤光栅可以制成光纤平坦滤波器;利用非均匀光纤光栅可以制成光纤色散补偿器等。此外，利用光纤光栅还可制成用于检测应力、应变、温度等诸多参量的光纤传感器和各种光纤传感网。

　　对光纤光栅的主要研究内容有3个方面：光栅的写入技术(尤其是非周期光栅的写入技术)、光栅的传输和传感特性以及光栅的应用等。这些均已取得长足的进步。

光纤光栅的制作

　　光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光的相干图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成**性的空间相位光栅，其作用是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长被反射，其余波长的光透过光纤光栅继续传输。

　　光纤的光敏性主要表现在244nm紫外光的锗吸收峰附近，因此大部分成栅光源都是紫外光，成栅方法多为激光束的空间干涉条纹，所以成栅光源的空间相干性特别重要。窄线宽准分子激光器是目前用来制作光纤光栅*为适宜的光源，它有193nm和 248nm两种有效的写入波长，并有很高的单脉冲能量，可在光敏性较弱的光纤上写人光栅并实现光纤光栅在线制作。

　　光纤光栅制作方法中的相位掩模法大大简化了制作过程，非常适合于规模化生产，是**发展前途的一种。

光纤光栅的特点

　　1) 是反射型的滤波器：其他类型的滤波器是通过透射光来取得所需要的波长，而光纤光栅是通过反射光取得的;

　　2)退火后非常稳定：经过特殊工艺的退火后，光栅是**不变的，我们曾经做过试验，一般28E光纤的光栅在温度达到400度时，光栅性能依然完好。

　　3) 对于过往光信号而言是透明的：光纤光栅对透射光的损耗极低。

　　4) 在光纤内部构成，易于与其他光设备组合成一体。

光纤光栅的术语

　　1、FBG光纤光栅：Fiber Bragg Grating

　　光纤光栅是在光纤中通过紫外光写入后在光纤模场形成不同折射率周期的一段光纤，每个光栅可以反射一个特定的波长，在光通信和传感检测领域有着广泛的应用。

　　2、中心波长：Center wavelength

　　对于光纤光栅，中心波长是指其反射回的有效光功率区的峰值点的波长。

　　3、带宽：Bandwidth

　　光纤光栅的带宽指的是反射波峰值点以下3dB处的光谱宽度，以nm单位表示。

　　4、边模抑制比：SLSR

　　指中心波长的功率与边噪峰值点功率的比值关系，通常用分贝单位来表示。该指标表述了中心波长与边噪的隔离程度，所以又称隔离度。

　　5、反射率：Reflectivity

　　指光纤光栅反射回来波长的功率与入射时该波长功率的比值关系，通常以百分比表示。

　　6、栅距：FBG Distance

　　主要针对光栅串来说的，指同一光纤上两个光栅之间的间隔距离，用mm单位表示，一般*小可做到3mm。

　　7、掩模板：Phase mask

　　是用来写光栅的模板，紫外光束通过该模板照射到光纤上，在光纤模场形成不同折射率的界面即形成光纤光栅。掩模板有均匀间距周期和非均匀间距周期两类，每一类又有各种不同的间距，以便写出不同波长的光纤光栅。

　　8、切趾：Apodization

　　是祛除边模的特殊工艺手段，经过切趾的光纤光栅具有很好的光谱波形。

　　9、光栅串：FBG array

　　在一根光纤上写入多个相同波长或不同波长的光栅而不用熔接，其光谱图如下

　　光纤光栅串适用于在较小的空间布置多个测点的场合，广泛应用于传感监测领域。

　　10、栅区长度：Length of FBG

　　指写入光栅部分在光纤上的长度，以mm单位表示，调整工艺方法后可做到3mm、4mm、5mm、8mm、10mm、15mm等不同的长度。

　　11、光纤光栅传感器：FBG Sensor

　　指由光纤光栅经封装后组成的探测单元，依据所测试物理量的不同，又分为光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅位移传感器、光纤光栅载荷传感器、光纤光栅加速度计、光纤光栅湿度传感器、光纤光栅气体传感器……等。

　　12、抗拉力：Proof test

　　对于传感用的光纤光栅来说，抗拉力是一个重要的指标，其计量单位为kpsi,一般来说写光栅后的光纤抗拉力会比没有写光栅的低，我们的光纤光栅都可以达到100kpsi以上的抗拉力。

　　13、再涂覆：Recoating

　　在光纤上写入光栅时需要将原光纤的涂覆层去除，写入完成后再涂覆栅区，以保护光栅避免受损。目前经常使用的涂覆材料有两种：ACRALATE和POLIYIMIDE。需要特别的工艺才能实现去涂覆和再涂覆。

　　14、温补封装技术: Athermal packaging technique

　　由于光纤光栅的温度敏感性，随环境温度的上升，其反射的波长值会向长波长方向移动(这也是其可以做温度传感器的特性)，但在某些场合，我们不希望其反射波长随温度变化，这时我们就需要用一种特殊的材料将光纤光栅的温增特性抵消，以保持波长的稳定，这种用材料避免光纤光栅波长随温度漂移的技术，简称温补封装技术。