光纤布拉格光栅技术解析及应用
发布时间：2023-11-15 10:10:05 阅读数： 282
光纤布拉格光栅（FBG）是一种在光纤芯材中的有效折射率发生周期性或非周期性扰动的结构。它们在光电领域有着广泛的应用，从单频光纤激光器的构建到作为温度和应力传感器的关键组件。
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光纤布拉格光栅的基本原理
光纤布拉格光栅是在光纤芯材中创建的一种折射率周期性变化的结构，这种变化通常在几毫米或几厘米的长度上近似周期性分布。当折射率扰动的周期满足布拉格条件时，会导致沿光纤传播的光在特定的波长范围内发生反射。这种现象即使在折射率调制幅度很弱的情况下也能实现，只要光栅足够长。与此同时，不满足布拉格条件的其他波长的光则几乎不受光栅的影响，除了可能出现在反射谱中的一些旁瓣。
光学性质的物理建模
大多数光纤布拉格光栅应用于单模光纤中，其物理建模相对简单。可以使用类似于介质镜的形式化方法进行建模，简单版本假设矩形的折射率调制，并考虑光场与调制区域的有限重叠。对于长光栅，可以采用基于模式耦合的模型，通过一对带有耦合项的微分方程进行数值积分，从而计算出光的传输和反射的频率依赖性复振幅。
特殊类型的光栅
为了消除高折射率对比下观察到的反射曲线旁瓣，可以采用渐变法（Apodization）技术，即在光栅的两端降低折射率对比。此外，非周期性调制的光纤光栅（如啁啾光栅）可以实现没有旁瓣的反射曲线、多个定制的反射带或特殊的色散特性。啁啾光栅在色散补偿和脉冲压缩等领域特别有用。
光纤光栅的制造
光纤布拉格光栅的制造通常涉及使用紫外激光照射光纤芯材，诱导结构变化从而永久改变折射率。制造过程中，可以通过不同的技术获得不同类型的光栅，如使用紫外光、红外飞秒脉冲光或CO2激光。光栅的耐久性取决于光纤材料和制造细节。
光纤布拉格光栅的应用
在电信领域，光纤布拉格光栅通常用于波长过滤，例如在波分复用系统中合并或分离多个波长通道。它们还可以用作光纤激光器的端镜，限制发射到非常窄的光谱范围。除此之外，光纤布拉格光栅还广泛应用于光纤传感器，例如用于测量应变或温度。
