光纖光柵之初探

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1、篇名光纖光柵之初探作者陳立夫。高雄縣中山工商。綜合高中。三年七班。光纖的發展與應用壹●前言隨著資訊業務量快速增長，語音、數據和圖像等業務綜合在一起傳輸，從而對通信帶寬容量提出了更高要求。由於無線電頻譜和電纜帶寬非常有限，其極限速率只有20Gb/s左右，即所謂的“電子瓶頸”。儘管人們引入了光通信，光作為資訊傳輸的載體帶寬達30THz以上，但是由於量子效應導致光纖線路中各種復用/解復用和光電/電光轉換器件處理電信號時仍存在著速率“瓶頸”，限制了資訊的傳輸速率。進入20世紀90年代，以時分復用（TDM）為基礎的電傳送網難以適應需要，這使得人們再次意識到要突破電信

2、號處理速率“瓶頸”就必須引入光信號處理方法，包括光信號的直接處理（即避免光電和電光轉換，需要電信號時除外）及交叉連接等，這就導致以光波分復用（WDM）為基礎的全光通信網（AON）成為人們研究的熱點。全光通信是解決“電子瓶頸”最根本的途徑，全光網通信可以極大地提高節點的吞吐容量，適應未來高速寬帶通信的要求。全光通信網也是目前國際上發展最快的領域，全光通信意味著在通信過程的各個環節都用光波來完成，中間無需任何光－電－光變換。全光通信的發展完全取決於網路中光放大、光補償、光交換以及光處理等關鍵技術的發展。這次小論文主要探討光纖及相關科技的發展與應用讓想對光纖光柵

3、更深入了解，也讓大眾能學到一些知識。貳●正文一、光纖光柵的特點光纖光柵具有體積小、波長選擇性好、不受非線性效應影響、極化不敏感、易於與光纖系統連接、便於使用和維護、帶寬範圍大、附加損耗小、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵製作工藝比較成熟，易於形成規模生產，成本低，因此它具有良好的實用性，其優越性是其他許多器件無法替代的，這使得光纖光柵以及基於光纖光柵的器件成為全光網中最理想最有效之理想的關鍵器件。1978年K.O.Hill等人首先在摻鍺光纖中採用駐波寫入法製成第一隻光纖光柵，經過二十多年來的發展，在光纖通信、光纖傳感等領域

4、均有廣闊的應用前景。隨著光纖光柵製造技術的不斷完善，光纖光敏性逐漸提高；各種特種光柵相繼問世，光纖光柵某些應用已達到商用化程度。應用成果日益增多，使得光纖光柵成為目前最有發展前途、如何發展以及發展的方向、最具代表性和發展最為迅速的光纖無源器件之一。（註一）-1-光纖的發展與應用二、光纖光柵的分類根據不同法分類標準，可以把光纖光柵分成不同的類別：（一）光纖光柵按其空間週期和折射率系數分佈特性為：均勻週期光纖布喇格光柵：通常稱為布喇格光柵，是最早發展起來的一種光柵，也是目前應用最廣的一種光柵。折射率調製深度和柵格週期均為常數，光柵波矢方向跟光纖軸向一致。此類光

5、柵在光纖鐳射器、光纖感測器、光纖波分復用/解復用等領域有重要應用價值。光柵的分類比較如表一。表一、光柵的分類及作用說明光柵種類啁啾光柵閃耀光柵長週期光柵相移光柵作用主要用來做色紫外側寫光束主要用於主要用於構造散補償和光纖與光纖軸不垂EDFA的增益多通道濾波器放大器的增益直時，造成其平坦和光纖傳件。平坦。折射率的空間感。分佈與光纖軸形成小角度。（二）根據光纖光柵的成柵機理來分可分為三種：Ⅰ型、ⅡA型和Ⅱ型。ａ、Ⅰ型光柵：即最常見的光柵，可成柵在任何類型的光敏光纖上，其主要特點是其導波模的反射譜跟透射譜互補，幾乎沒有吸收或包層耦合損耗；另一特點是容易被“擦除”

6、，即在較低溫度（200℃左右）下光柵會變弱或消失。ｂ、ⅡA型光柵：成柵于高摻鍺（15％mol）光敏光纖或硼鍺共摻光敏光纖上，曝光時間較長。成柵機理于Ⅰ型不同。其寫入過程為：曝光開始不久，纖芯中形成Ⅰ型光柵，隨著曝光時間的增加，此光柵被部分或者完全擦除，然後再產生第二個光柵，即形成ⅡA型光柵，其溫度穩定性優於Ⅰ型光柵，直到500℃附近才能觀察到光柵的擦除效應，更適合於在高溫下使用，如高溫傳感等。ｃ、Ⅱ型光柵：由單個高能量光脈衝（大於0.5J/cm2）曝光形成。其透射譜只能使波長大於Bragg波長的光透射，波長小的部分被耦合到包層中損耗掉。成柵機理可理解為能量

7、非均勻的鐳射脈衝被纖芯石英強烈放大造成纖芯物理損傷的結果。有極高的溫度穩定性，在800℃下放置24小時無明顯變化，在1000℃環境中放置4小時後大部分光柵才消失。（註二）-2-光纖的發展與應用三、光纖光柵在光纖通信系統中的應用光纖光柵作為一種新型光器件，主要用於光纖通信、光纖傳感和光資訊處理。在光纖通信中實現許多特殊功能，應用廣泛，可構成的有源和無源光纖器件比較其分別為下表二所示。表二、有源和無源光纖器件分類有源器件無源器件光纖鐳射器、半導體鐳射器、EDFA光濾波器、WDM波分復用器、OADM纖放大器、Ramam光纖放大器。上下路分插復用器、色散補償器、波

8、長變換器、OTDM延時器、OCDMA編碼器、光纖光柵編碼器。可見光