[發明專利]光纖光柵的在線制作方法

無效

• 申請號: 201410110073.6
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103869409A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 陳炳炎;石明;於茹敏
• 申請（專利權）人: 江蘇南方通信科技有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;C03B37/012;C03B37/025
• 代理公司: 蘇州廣正知識產權代理有限公司 32234
• 代理人: 劉述生

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，特別是涉及一種光纖光柵的在線制作方法。

背景技術

光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，即外界入射光子和光纖纖芯內鍺離子相互作用引起折射率的永久性變化，從而在光纖纖芯內形成空間相位光柵，其作用實質上是在光纖纖芯內形成一個窄帶的透射或反射濾波器或反射鏡。利用這一特性可構成許多獨特性能的光纖無源器件。例如，利用光纖光柵的窄帶高反射率特性構成光纖反饋腔，依靠摻鉺光纖等為增益介質即可制成光纖激光器；用光纖光柵作為激光二極管的外腔反射器，可以構成外腔可調諧激光二極管；利用光纖光柵可構成Michelson干涉儀型，Mach-Zehnder干涉儀型、以及Fabry-Perot干涉儀型的光纖濾波器；利用非均勻光纖光柵可制成光纖色散補償器等等。此外，利用光纖光柵還可制成用于檢測應力、應變、溫度等參數的光纖傳感器和光纖傳感網絡。

光纖布拉格光柵（FBG,?fiber?bragg?grating）的基本特性是光纖纖芯區折射率周期變化造成光纖波導條件的改變，導致一定波長的光波發生相應的模式耦合，使其透射光譜和反射光譜出現奇異特性。圖1表示光纖光柵區域的折射率分布情況以及入射光、反射光和透射光的光譜圖。其中，1為光纖光柵，2為光纖包層，3為光纖纖芯，∧為光柵周期。

光纖光柵的原理是基于“菲涅爾反射”：當光行進時，遇到兩種不同折射率介質時，就會在界面上發生反射和折射。當光進入光纖布拉格光柵中時，在每一個折射率變化處，就會有一小部分光被反射，而在“中心波長”或稱“布拉格波長”上，所有反射光相干疊加，從而形成布拉格反射。在入射光譜中的其他波長的光則不受干擾地透射過去。

光纖光柵的反射布拉格波的中心波長為：λ_B=2n_eff∧，式中，n_eff為光纖纖芯光柵區域有效折射率，亦即光纖光柵區纖芯的平均折射率。

世界上第一個光纖光柵是加拿大渥太華通信研究中心的K.0.Hill等人于1978年在摻鍺石英光纖中發現光纖的光敏效應，并用駐波寫入法制成。1989年美國聯合技術研究中心的G.Meltz等人利用摻鍺光纖的光敏特性，用244nm波長的紫外激光干涉條紋側面照射纖芯摻鍺的光纖，將相位光柵寫進了纖芯，形成光纖布拉格光柵，從而開啟了光纖光柵制造的實用化階段。

光纖光柵的傳統制造方式是：采用適當的光源和光纖增敏技術，可以在幾乎所有種類的光纖上不同程度地寫入光柵。光纖的光致折射率變化的光敏性主要表現在在波長為244nm的紫外光的吸收峰附近，所以利用紫外光與光纖纖芯中的鍺離子的相互作用引起折射率的永久性變化，從而在光纖纖芯內形成折射率呈周期性變化的空間相位光柵。光纖光柵的制造方式通常分為橫向干涉法及相位掩模法兩大類。前者是利用雙光束干涉所產生的干涉條紋對光纖曝光以形成光纖光柵；后者是使用一個相位掩模器，放在紫外光源和光纖之間，紫外激光正向入射穿過相位掩模器后，其相位被掩模器的相位光柵進行了空間調制，然后通過衍射形成所需的布拉格光柵的干涉圖形，由于光纖纖芯的光敏性，因而就被這種干涉圖形分布的光子寫進了周期性的折射率分布，從而形成布拉格光柵。在制備光纖光柵時，需去除成柵段光纖的涂層，因為涂層會吸收紫外光能，影響光纖光柵的刻寫。另外，當光纖纖芯吸收氫氣或其同位素（如氘氣）后能增強其紫外線的能力。因此光纖成柵前需進行載氫處理，就是在刻寫FBG前，需將普通光纖浸泡在一定溫度下，在氫氣氣壓中一段時間，使光纖中的氫達到飽和，這樣可以提高光纖纖芯區對UV（紫外光）的吸收率以及提高成品FBG的寬帶。