光纤通信系统522光栅

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1、光纤光栅（FiberBragggrating）光敏性与光纤光栅分类制作方法应用光纤光栅是利用石英光纤的紫外光敏特性将光波导结构直接做在光纤上形成的光纤波导器件。发展：1978年Hill发现光敏特性并成功制作FBG1989年Meltz提出的横向写入制造方法1993年Hill等人提出的相位掩膜制造法光纤光栅器件逐步走向实用化光敏特性光纤的折射率在紫外光照射下，随光强发生变化的特性。光纤的这种光致折射率变化具有稳定性，可保持永久性不变。利用紫外光就可以将一些特定的光波导结构写入光纤中，形成光纤型光波导器件。光

2、纤光敏特性的动力学机理现在尚未完全研究清楚较为普遍的观点：由于诱导光（紫外光）的作用，光纤中原子的某些键被破坏，产生的自由电子进入光纤材料的色心陷阱中，从而改变了光纤的吸收、散射等光学特性，出现折射率的变化；另外，在光照射过程中，光纤材料结构释放诱导应力以及构形的畸变等也导致了折射率的变化。这种光折变效应主要发生在近紫外波段最初光致折射率变化出现在掺锗光纤中，后来研究发现，具有光敏特性的光纤种类很多，有些是掺磷或硼，并不一定都掺杂，只是掺杂光纤的光敏特性更明显。有时根据需要为了加大折射率的变化程度，就会

3、选用高掺杂的光纤。折射率的永久性改变与掺杂锗的浓度基本上成正比关系，与所用的紫外光源类型及照射到材料上的能量密度有关对光纤材料进行高压低温H2扩散，可以极大地提高光纤材料的光敏性；B/Ge双掺杂材料具有较高的光敏性；各种光纤材料光敏特性光纤纤芯掺杂类型最大光致折射率掺Ge光纤10-3~10-2普通通信光纤~10-3B/Ge光纤10-3~10-2掺P光纤10-3硫化物光纤10-4（可见光）光纤光栅的制作基于光纤的光敏特性，可以利用紫外光将特定的波导结构写入到光纤中根据波导结构构造相应的光场分布制作方法：纵

4、向写入法（早期）双光束干涉法横向写入法相位掩膜法（主要）逐点写入法…L=l0/(2sinq)缺陷是对光源的相干性要求较高，对制造环境要求极严，重复性差双光束干涉法Ll0l0q相位掩膜法产生的光纤光栅周期为掩膜光栅周期的一半，与入射光无关，因此对光源的相干性要求不高，并且稳定、易于准直，重复性好，可以简化光纤光栅的制作系统。缺点是掩膜制作复杂，每种掩膜通常只能制造一种光栅。逐点写入法一种非相干写入技术利用聚焦光束在光纤上逐点曝光而形成光栅，每写一个条纹，光栅移动一定距离，需用精密机构控制光纤运动位移。通过

5、控制光纤的移动，可以方便的控制光栅的周期。一般用于制造长周期光栅光纤光栅的类型光纤光栅模型（Fibergrating）光纤光栅从本质上讲是通过波导与光波的相互作用，将在光纤中传输的特定频率的光波，从原来前向传输的限定在纤芯中的模式耦合到前向或后向传输的限定在包层或纤芯中的模式，从而得到特定的透射和反射光谱特性。光纤光栅中，光场与光波导之间的相互作用可用耦合模理论来描述。光纤光栅按折射率变化周期的长短大体可分为两类：短周期光纤光栅(FBG，也叫反射或布喇格光栅)短周期光纤光栅FiberBragggrati

6、ngm为衍射级数光栅周期一般为零点几个μm,耦合发生在正向与反向传输的模式之间，它的一个重要特性是将某一频段内的光反射回去长周期光纤光栅(LPG，也叫传输光栅)长周期光纤光栅Longperiodgrating光栅周期在100μm以上,耦合发生在同向传输的模式之间，它的特性是将导波中某频段的光耦合到包层中损耗掉而让其他频段的光通过均匀光纤光栅最简单的具有正弦结构的滤波型光纤光栅，其折射率可以表示为前向和后向两种模式间的耦合波方程为A+(0)=1、A-(L)=0解耦合方程可得光纤光栅的反射率为设两列波沿着同

7、一方向传播，其传播常数分别为β0和β1，如果满足布喇格相位匹配条件：其中Λ为光栅周期，则一个波的能量可以耦合到另一个波中去。在反射型滤波器中，我们假设传播常数为β0的光波从左向右传播，如果满足条件：（7.7）（7.8）则这个光波的能量可以耦合到沿它的反方向传播的具有相同波长的反射光中去。设β0=2πneff/λ0，其中λ0为输入光的波长，neff为波导或光纤的有效折射率。也就是说，如果λ0=2neffΛ，光波将发生反射，这个波长λ0就称作布喇格波长。随着入射光波的波长偏离布喇格波长，其反射率就会降低

8、如果具有几个波长的光同时传输到光纤布喇格光栅上，则只有波长等于布喇格波长的光才反射，而其它的光全部透射。图7.15(a)中的功率反射谱是针对折射率均匀周期性变化的光栅而言的，为了消除不需要的旁瓣，新研制成功了一种称为变迹光栅(ApodizedGrating)的光栅，它与渐变折射率光纤有点类似，其折射率沿光栅纤芯到边沿逐渐减小，变迹光栅的功率反射谱如图7.15(b)所示。注意:变迹光栅旁瓣的减少是以主瓣加宽为代价的。图7.15布喇格光栅的反