光纤光栅理论
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纵向发生周期性的改变。下面是光纤光栅中最简单的一 种——均匀光栅，见图1：
图1 均匀光纤光栅
• 均匀光纤光栅的折射率分布
均匀光纤光栅（如图1）的折射率分布可假设为：
n(r, z) n2n1[1
f
(z)
0
1
f
(z)ncosz] r a
r a
z
0, z
L
0 z L
其中， 2 , 称为光栅周期
UV 光
柱状透镜
棱镜
宽带光源
光纤
干涉图样
光谱分析仪
图7 分波前干涉法制作光纤光栅
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（4） 相位掩模法
相位掩模板（Phase Mask）是衍射光学元件，用以将入射 光束一分为二+1级和-1级衍射光束，它们的光功率电平相等，两束 激光相干涉并形成明暗相间条纹，在相应的光强作用下纤芯折射率 受到调制。相位掩模板是一个在石英衬底上刻制的相位光栅，它可 以用全息曝光或电子束蚀刻结合反应离子束蚀刻技术制作。它具有 抑制零级，增强一级衍射的功能。因此，对光源的相干性要求不高， 简化了光纤光栅的制造系统，其主要缺点是不同Bragg波长要求不 同的相位掩模板，并且，相位掩模板的价钱较贵。该方法大大简化 了光纤光栅的制作过程，是目前写入光栅常用的一种方法。
（3）谱线宽度
图7 线宽与折射率的关系
图8 线宽与光栅长度的关系
（4）光纤光栅反射光谱特性
图9 光栅反射光谱特性曲线
(2). 光纤光栅种类
• 光纤光栅按其空间周期和折射率系数分布特性可 分为：
①均匀周期光纤布拉格光栅：通常称为布拉格光栅，是最 早发展起来的一种光栅，也是应用最广的一种光栅。折射 率调制深度和栅格周期均为常数，光栅波矢方向跟光纤轴
1. 襄樊汉江四桥锚索光纤光栅应力监测系统；
2. 宝钢一炼钢厂吊车行架光纤光栅应力分布测量系统；
3. 巴东长江大桥双塔光纤光栅和应力施工监测系统长 期智能健康监测系统；
此外还有Tapered光纤光栅，取样光纤光栅、Tophat光栅、 超结构光栅等。
根据光纤光栅的成栅机理来分可分为三种：Ⅰ型、ⅡA型和Ⅱ型：
①Ⅰ型光栅：即最常见的光栅，可成栅在任何类型的光敏光 纤上，其主要特点是其导波模的反射谱跟透射谱互补，几乎 没有吸收或包层耦合损耗；另一特点是容易被“擦除”，即 在较低温度（200℃左右）下光栅会变弱或消失。
计算机控制 的光圈
UV 光束
望远镜
应变仪
移动平台
显微镜 物镜
电动光纤 拉伸器
光纤
图12 扫描法制作长周期光纤光栅
(5). 光纤光栅的应用
• 目前，应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。加拿 大卡尔加里附近的Beddington Trail 大桥是最早使用光纤光栅传感 器进行测量的桥梁之一（1993年），16个光纤光栅传感器贴在预应 力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上，对桥梁结构进行长 期监测，这在以前被认为是不可能的。
宽带光源
刻有 V 形槽的光纤
光谱分析仪
H2 火焰
图11 熔融拉锥法制作长周期光纤光栅
（3）扫描法
这种方法延伸了点-点写入技术，而且不需要额外的费用就可写入任 意形式的LPFG。实验装置如图示，UV光束通过显微镜物镜照射到光纤上，
显微镜物镜的作用是使光束聚焦后尺寸小于30μm。微控移动平台使UV光束
掺杂光纤中。从光纤中返回的光经过分光器，由光电探
测器1监测,而透射光则由光电探测器2接收。经过光纤
另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相
干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发
生相应的周期性变化，于是形成了与干涉周期一样的立
体折射率光栅。已测得其反射率可达90％以上，反射带
宽小于200MHz。此方法是早期使用的。由于实验要求在
K 1 2 2 /
若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式，从前面 给的相位匹配条件可得：
2 / 1 2 01 (01 ) 201
• 光纤光栅的系统特性 （1）反射率与光纤长度的关系 这里，令：C n
1 1
V2
2n /
，其中V为光栅的结构常数
1 1 为传播常数
a 掺入光敏性杂质，如：锗、锡、棚等。 b 多种掺杂（主要是B／Ge共接）。 c 高压低温氢气扩散处理。 d 剧火。
（1）内部写入法
内布部拉写格入光法纤又光称栅驻的波制法作。Hill早在1978年，用图5所示 的实验装置制作了历史上第一个布拉格光纤光栅。 将
波长488nm的单模氩离子激光从一个端面耦合输入到锗
可得到反射率和透射率的关系式为：
R(, L)
2
a1 (0) a1 (0)
C 2 sin 2 (QL)
2 k 2 cos2 QL
其中，Q 2
2 C 2
由R 的表达式可以求得反射谱的半高全宽度(FWHM) 为：
FWHM
B
[(
n 2n
)2
(
)
2
]
1 2
L
图2 反射率与光栅长度的关系
图3 反射率与光栅长度的关系
(3).光纤光栅理论分析方法:耦合波理论\光线理论
耦合波理论
耦合波理论是分析光纤光栅的最基本方法，耦合 波理论用于光纤光栅时，把光栅区域折射率的变化看作微 扰，它们的作用不改变原阶跃折射率光纤中各模式的分布， 只是引起模式间的相互作用和能量交换，改变各模式的幅 度。当光纤光栅具有均匀周期结构时，通过推导藕合模方 程可得到解析解，但对于非均匀光栅(如啁啾光栅、相移光 栅、取样光栅等)，利用耦合模方程的分析过程变得十分繁 琐，而传输矩阵分析方法由于具有清晰、快捷和精确的特 点，特别适宜于这类光纤光栅的分析。
②ⅡA型光栅：成栅于高掺锗（15％mol）光敏光纤或硼锗共 掺光敏光纤上，曝光时间较长。成栅机理于Ⅰ型不同。其写 入过程为：曝光开始不久，纤芯中形成Ⅰ型光栅，随着曝光 时间的增加，此光栅被部分或者完全擦除，然后再产生第二 个光栅，即形成ⅡA型光栅，其温度稳定性优于Ⅰ型光栅，直 到 500℃附近才能观察到光栅的擦除效应，更适合于在高温 下使用，如高温传感等。
分光镜
UV 光
光源
反射镜 柱状透镜
反射镜
柱状透镜
光谱分析仪
图6 布全息干涉法制作光纤光栅
（3） 分波前干涉法
利用此技术制作FBG的干涉装置可以用棱镜或 者洛埃镜。如图7示，使用棱镜干涉法制作FBG的示意 图。在这个装置中，UV光束在棱镜的输入面上通过折 射而横向展宽。展宽的光束一分为二，一半光束在棱 镜表面上发生全内反射，然后，与另一半光束在棱镜 的输出面上产生干涉。放在此装置之前的柱状透镜有 助于沿着纤芯所形成的干涉图样在一条直线上。
• 光纤光栅的光学特性
光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折 射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过 将一个光纤模式的功率部分或完全地转移到另一个光纤模式 中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤中，纤芯中的入 射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层模中， 这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即 ：
8.光纤光栅器件
20091202
8.光纤光栅器件
(1). 光纤光栅定义与系统特性 (2). 光纤光栅种类 (3).光纤光栅理论分析方法:耦合波理论\光线理论 (4).光纤光栅制作:光敏性 (5).光纤光栅的应用
（1）、光纤光栅定义与系统特性
•光纤光栅的定义 光纤光栅是一小段光纤，它的芯层折射率沿
沿着光纤方向进行扫描，此时，由计算机控制的光圈便使光纤周期性的曝 光。在这里，光圈的改变是靠移动平台的位置来触发的。光栅的最大长度 由移动平台移动的总长度决定，这个限制可通过平移光纤来克服。实验表
明，制作出长为11mm，周期为500μm的LPFG，经测试，实验值与模拟值吻
合，从而说明了这个简易方法的准确性。见图12：
（4）、光纤光栅制作
光纤的光敏性
光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随 光强的空间分布发生相应变化的特性(这种现象也称为光致折射率变化 效应，简称光折变效应。光纤的光敏性是光纤光栅周期性折射率变化 的根本原因。
光纤中的折射率改变量与许多参数有关，如照射波长、光纤类 型、掺杂水平等。如果不进行其它处理，直接用紫外光照射光纤，折射 率增加仅为（10的负4次方）数量级便已经饱和，为了满足高速通信的需 要，提高光纤光敏性日益重要，光纤增敏方法主要有以下几种：
向一致。此类光栅在光纤激光器、光纤传感器、光纤波 分复用/解复用等领域有重要应用价值。
②啁啾光栅：栅格间距不等的光栅。有线性啁啾和分段啁 啾光栅，主要用来做色散补偿和光纤放大器的增益平坦。
③闪耀光栅：当光栅制作时，紫外侧写光束与光纤轴不 垂直时，造成其折射率的空间分布与光纤轴有一个小角 度，形成闪耀光栅。
PM h
UV 光
Phase Mask
光纤 -1 级
0 级光束
+1 级
图8 相位掩膜法制作光纤光栅
2.长周期光纤光栅的制作 （1）振幅掩模法
PC 宽带光源
KrF 准分子激光器 AM
光纤 光谱仪
离 子
掩模板
光纤
图10 振幅掩模法制作长周期光纤光栅
（2） 熔融拉锥法
利用制作耦合器的熔融拉锥工艺来制作长周期光纤光栅。在用高功率激光、 电弧或火焰对光纤进行局部加热的同时，对光纤施加一定的应力，使得光 纤芯径发生周期性变化，从而形成光栅。 可用精密切割机在光纤表面上刻周期性的v型槽，v型槽的周期数和间距决 定所需滤波器的共振波长和带宽等。v型槽的深度及形状将影响光纤光栅的 折射率分布轮廓，从而决定光栅的效率。如图6示，把刻好周期性v型槽的 光纤置于光纤拉锥机上，光纤一端与光源连接，另一端连接光学光谱分析 仪（OSA）进行监测，用氢气火焰对光纤V型槽区域进行拉伸退火，由于受 熔融玻璃表面应力影响被刻v型槽一边光纤纤芯的不平衡等因素，而使得纤 芯产生周期性畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。
③Ⅱ型光栅：由单个高能量光脉冲（大于0.5J/cm2）曝光 形成。其透射谱只能使波长大于Bragg波长的光透射，波长 小的部分被耦合到包层中损耗掉。成栅机理可理解为能量 非均匀的激光脉冲被纤芯石英强烈放大造成纤芯物理损伤 的结果。有极高的温度稳定性，在800℃下放置24小时无明 显变化，在1000℃环境中放置4小时后大部分光栅才消失。
图13 深圳市民中心大厦光纤光栅智能健康监测系统
• 它可实现分布传感，即在一根光纤上根据应用要求刻写多个不同 布拉格波长的光栅，在光纤一端实现所有光栅信号的检测；同时 能进一步集合成分布传感网络系统，可广泛应用于对工程结构的 应力、应变、温度等参数以及内部裂缝、变形等参数的实时在线、 分布式检测。
光线理论
光线理论是我们之前所学到的几何光学常用分析方 法，是将光束看成一条条理想化的直的光线，然后综合运用 光的直线传播定理，光的独立传播定理，反射定理，折射定 理，光的全反射定理，菲涅尔定理等，进而分析光的反射谱， 光的透射谱。
运用光线理论也可以进行光纤光栅分析，运用该方法 首先要对光线进行假设，从而得到各个参数。
图4 反射率与光栅长度的关系
（2）有效长度 Lc 与折射率n 扰动的关系
取反射率R＝0.9时，光栅长度为有效长度 Lc ，
可得有效长度 Lc与 n的关系。
图5光栅有效长度和折射率扰动的关系 可见在反射率一定的情况下，折射率扰动越大，光栅的长 度可以做的越短。
图6 光栅有效长度和不同的折射率扰动的关系
特制锗掺杂光纤光 中单模氩进离子行激光，要求锗含量很光高，芯径很小，
因此，其实用性电 探 受到限制。
电 探
测
光纤光栅
测
器
器
1
吸收材料
2
图5 布拉格光纤光栅的制作
（2） 全息干涉法
全息干涉法又称外侧写入法，如图6示，用准 分子激光干涉的方法，Meltz等人首次制作了横向侧面 曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧 面相互干涉，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。可 见，通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可 以改变光栅常数，获得所需的光纤光栅。这种光栅制造 方法采用多脉冲重复曝光技术，光栅性质可以精确控制， 但是容易受机械震动和温度漂移的影响，并且不易制作 具有复杂截面的光纤光栅。
④长周期光栅：栅格周期远大于一般的光纤光栅，与普 通光栅不同，它不是将某个波长的光反射，而是耦合到 包层中去，主要用于EDFA的增益平坦和光纤传感。
⑤相移光栅：在普通光栅的某些点上，光栅折射率空间 分布不连续而得到的。它可以看作是两个光栅的不连续 连接。它能够在周期性光栅光谱阻带内打开一个透射窗 口，使得光栅对某一波长有更高的选择度。可以用来构 造多通道滤波器件。
图1 均匀光纤光栅
• 均匀光纤光栅的折射率分布
均匀光纤光栅（如图1）的折射率分布可假设为：
n(r, z) n2n1[1
f
(z)
0
1
f
(z)ncosz] r a
r a
z
0, z
L
0 z L
其中， 2 , 称为光栅周期
UV 光
柱状透镜
棱镜
宽带光源
光纤
干涉图样
光谱分析仪
图7 分波前干涉法制作光纤光栅
ຫໍສະໝຸດ Baidu
（4） 相位掩模法
相位掩模板（Phase Mask）是衍射光学元件，用以将入射 光束一分为二+1级和-1级衍射光束，它们的光功率电平相等，两束 激光相干涉并形成明暗相间条纹，在相应的光强作用下纤芯折射率 受到调制。相位掩模板是一个在石英衬底上刻制的相位光栅，它可 以用全息曝光或电子束蚀刻结合反应离子束蚀刻技术制作。它具有 抑制零级，增强一级衍射的功能。因此，对光源的相干性要求不高， 简化了光纤光栅的制造系统，其主要缺点是不同Bragg波长要求不 同的相位掩模板，并且，相位掩模板的价钱较贵。该方法大大简化 了光纤光栅的制作过程，是目前写入光栅常用的一种方法。
（3）谱线宽度
图7 线宽与折射率的关系
图8 线宽与光栅长度的关系
（4）光纤光栅反射光谱特性
图9 光栅反射光谱特性曲线
(2). 光纤光栅种类
• 光纤光栅按其空间周期和折射率系数分布特性可 分为：
①均匀周期光纤布拉格光栅：通常称为布拉格光栅，是最 早发展起来的一种光栅，也是应用最广的一种光栅。折射 率调制深度和栅格周期均为常数，光栅波矢方向跟光纤轴
1. 襄樊汉江四桥锚索光纤光栅应力监测系统；
2. 宝钢一炼钢厂吊车行架光纤光栅应力分布测量系统；
3. 巴东长江大桥双塔光纤光栅和应力施工监测系统长 期智能健康监测系统；
此外还有Tapered光纤光栅，取样光纤光栅、Tophat光栅、 超结构光栅等。
根据光纤光栅的成栅机理来分可分为三种：Ⅰ型、ⅡA型和Ⅱ型：
①Ⅰ型光栅：即最常见的光栅，可成栅在任何类型的光敏光 纤上，其主要特点是其导波模的反射谱跟透射谱互补，几乎 没有吸收或包层耦合损耗；另一特点是容易被“擦除”，即 在较低温度（200℃左右）下光栅会变弱或消失。
计算机控制 的光圈
UV 光束
望远镜
应变仪
移动平台
显微镜 物镜
电动光纤 拉伸器
光纤
图12 扫描法制作长周期光纤光栅
(5). 光纤光栅的应用
• 目前，应用光纤光栅传感器最多的领域当数桥梁的安全监测。加拿 大卡尔加里附近的Beddington Trail 大桥是最早使用光纤光栅传感 器进行测量的桥梁之一（1993年），16个光纤光栅传感器贴在预应 力混凝土支撑的钢增强杆和炭纤复合材料筋上，对桥梁结构进行长 期监测，这在以前被认为是不可能的。
宽带光源
刻有 V 形槽的光纤
光谱分析仪
H2 火焰
图11 熔融拉锥法制作长周期光纤光栅
（3）扫描法
这种方法延伸了点-点写入技术，而且不需要额外的费用就可写入任 意形式的LPFG。实验装置如图示，UV光束通过显微镜物镜照射到光纤上，
显微镜物镜的作用是使光束聚焦后尺寸小于30μm。微控移动平台使UV光束
掺杂光纤中。从光纤中返回的光经过分光器，由光电探
测器1监测,而透射光则由光电探测器2接收。经过光纤
另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相
干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发
生相应的周期性变化，于是形成了与干涉周期一样的立
体折射率光栅。已测得其反射率可达90％以上，反射带
宽小于200MHz。此方法是早期使用的。由于实验要求在
K 1 2 2 /
若要将正向传播导波模式耦合到反向传播导波模式，从前面 给的相位匹配条件可得：
2 / 1 2 01 (01 ) 201
• 光纤光栅的系统特性 （1）反射率与光纤长度的关系 这里，令：C n
1 1
V2
2n /
，其中V为光栅的结构常数
1 1 为传播常数
a 掺入光敏性杂质，如：锗、锡、棚等。 b 多种掺杂（主要是B／Ge共接）。 c 高压低温氢气扩散处理。 d 剧火。
（1）内部写入法
内布部拉写格入光法纤又光称栅驻的波制法作。Hill早在1978年，用图5所示 的实验装置制作了历史上第一个布拉格光纤光栅。 将
波长488nm的单模氩离子激光从一个端面耦合输入到锗
可得到反射率和透射率的关系式为：
R(, L)
2
a1 (0) a1 (0)
C 2 sin 2 (QL)
2 k 2 cos2 QL
其中，Q 2
2 C 2
由R 的表达式可以求得反射谱的半高全宽度(FWHM) 为：
FWHM
B
[(
n 2n
)2
(
)
2
]
1 2
L
图2 反射率与光栅长度的关系
图3 反射率与光栅长度的关系
(3).光纤光栅理论分析方法:耦合波理论\光线理论
耦合波理论
耦合波理论是分析光纤光栅的最基本方法，耦合 波理论用于光纤光栅时，把光栅区域折射率的变化看作微 扰，它们的作用不改变原阶跃折射率光纤中各模式的分布， 只是引起模式间的相互作用和能量交换，改变各模式的幅 度。当光纤光栅具有均匀周期结构时，通过推导藕合模方 程可得到解析解，但对于非均匀光栅(如啁啾光栅、相移光 栅、取样光栅等)，利用耦合模方程的分析过程变得十分繁 琐，而传输矩阵分析方法由于具有清晰、快捷和精确的特 点，特别适宜于这类光纤光栅的分析。
②ⅡA型光栅：成栅于高掺锗（15％mol）光敏光纤或硼锗共 掺光敏光纤上，曝光时间较长。成栅机理于Ⅰ型不同。其写 入过程为：曝光开始不久，纤芯中形成Ⅰ型光栅，随着曝光 时间的增加，此光栅被部分或者完全擦除，然后再产生第二 个光栅，即形成ⅡA型光栅，其温度稳定性优于Ⅰ型光栅，直 到 500℃附近才能观察到光栅的擦除效应，更适合于在高温 下使用，如高温传感等。
分光镜
UV 光
光源
反射镜 柱状透镜
反射镜
柱状透镜
光谱分析仪
图6 布全息干涉法制作光纤光栅
（3） 分波前干涉法
利用此技术制作FBG的干涉装置可以用棱镜或 者洛埃镜。如图7示，使用棱镜干涉法制作FBG的示意 图。在这个装置中，UV光束在棱镜的输入面上通过折 射而横向展宽。展宽的光束一分为二，一半光束在棱 镜表面上发生全内反射，然后，与另一半光束在棱镜 的输出面上产生干涉。放在此装置之前的柱状透镜有 助于沿着纤芯所形成的干涉图样在一条直线上。
• 光纤光栅的光学特性
光纤光栅是一种参数周期性变化的波导，其纵向折 射率的变化将引起不同光波模式之间的耦合，并且可以通过 将一个光纤模式的功率部分或完全地转移到另一个光纤模式 中去来改变入射光的频谱。在一根单模光纤中，纤芯中的入 射基模既可被耦合到反向传输模也可被耦合到前向包层模中， 这依赖于由光栅及不同传输常数决定的相位条件，即 ：
8.光纤光栅器件
20091202
8.光纤光栅器件
(1). 光纤光栅定义与系统特性 (2). 光纤光栅种类 (3).光纤光栅理论分析方法:耦合波理论\光线理论 (4).光纤光栅制作:光敏性 (5).光纤光栅的应用
（1）、光纤光栅定义与系统特性
•光纤光栅的定义 光纤光栅是一小段光纤，它的芯层折射率沿
沿着光纤方向进行扫描，此时，由计算机控制的光圈便使光纤周期性的曝 光。在这里，光圈的改变是靠移动平台的位置来触发的。光栅的最大长度 由移动平台移动的总长度决定，这个限制可通过平移光纤来克服。实验表
明，制作出长为11mm，周期为500μm的LPFG，经测试，实验值与模拟值吻
合，从而说明了这个简易方法的准确性。见图12：
（4）、光纤光栅制作
光纤的光敏性
光纤的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的折射率将随 光强的空间分布发生相应变化的特性(这种现象也称为光致折射率变化 效应，简称光折变效应。光纤的光敏性是光纤光栅周期性折射率变化 的根本原因。
光纤中的折射率改变量与许多参数有关，如照射波长、光纤类 型、掺杂水平等。如果不进行其它处理，直接用紫外光照射光纤，折射 率增加仅为（10的负4次方）数量级便已经饱和，为了满足高速通信的需 要，提高光纤光敏性日益重要，光纤增敏方法主要有以下几种：
向一致。此类光栅在光纤激光器、光纤传感器、光纤波 分复用/解复用等领域有重要应用价值。
②啁啾光栅：栅格间距不等的光栅。有线性啁啾和分段啁 啾光栅，主要用来做色散补偿和光纤放大器的增益平坦。
③闪耀光栅：当光栅制作时，紫外侧写光束与光纤轴不 垂直时，造成其折射率的空间分布与光纤轴有一个小角 度，形成闪耀光栅。
PM h
UV 光
Phase Mask
光纤 -1 级
0 级光束
+1 级
图8 相位掩膜法制作光纤光栅
2.长周期光纤光栅的制作 （1）振幅掩模法
PC 宽带光源
KrF 准分子激光器 AM
光纤 光谱仪
离 子
掩模板
光纤
图10 振幅掩模法制作长周期光纤光栅
（2） 熔融拉锥法
利用制作耦合器的熔融拉锥工艺来制作长周期光纤光栅。在用高功率激光、 电弧或火焰对光纤进行局部加热的同时，对光纤施加一定的应力，使得光 纤芯径发生周期性变化，从而形成光栅。 可用精密切割机在光纤表面上刻周期性的v型槽，v型槽的周期数和间距决 定所需滤波器的共振波长和带宽等。v型槽的深度及形状将影响光纤光栅的 折射率分布轮廓，从而决定光栅的效率。如图6示，把刻好周期性v型槽的 光纤置于光纤拉锥机上，光纤一端与光源连接，另一端连接光学光谱分析 仪（OSA）进行监测，用氢气火焰对光纤V型槽区域进行拉伸退火，由于受 熔融玻璃表面应力影响被刻v型槽一边光纤纤芯的不平衡等因素，而使得纤 芯产生周期性畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。
③Ⅱ型光栅：由单个高能量光脉冲（大于0.5J/cm2）曝光 形成。其透射谱只能使波长大于Bragg波长的光透射，波长 小的部分被耦合到包层中损耗掉。成栅机理可理解为能量 非均匀的激光脉冲被纤芯石英强烈放大造成纤芯物理损伤 的结果。有极高的温度稳定性，在800℃下放置24小时无明 显变化，在1000℃环境中放置4小时后大部分光栅才消失。
图13 深圳市民中心大厦光纤光栅智能健康监测系统
• 它可实现分布传感，即在一根光纤上根据应用要求刻写多个不同 布拉格波长的光栅，在光纤一端实现所有光栅信号的检测；同时 能进一步集合成分布传感网络系统，可广泛应用于对工程结构的 应力、应变、温度等参数以及内部裂缝、变形等参数的实时在线、 分布式检测。
光线理论
光线理论是我们之前所学到的几何光学常用分析方 法，是将光束看成一条条理想化的直的光线，然后综合运用 光的直线传播定理，光的独立传播定理，反射定理，折射定 理，光的全反射定理，菲涅尔定理等，进而分析光的反射谱， 光的透射谱。
运用光线理论也可以进行光纤光栅分析，运用该方法 首先要对光线进行假设，从而得到各个参数。
图4 反射率与光栅长度的关系
（2）有效长度 Lc 与折射率n 扰动的关系
取反射率R＝0.9时，光栅长度为有效长度 Lc ，
可得有效长度 Lc与 n的关系。
图5光栅有效长度和折射率扰动的关系 可见在反射率一定的情况下，折射率扰动越大，光栅的长 度可以做的越短。
图6 光栅有效长度和不同的折射率扰动的关系
特制锗掺杂光纤光 中单模氩进离子行激光，要求锗含量很光高，芯径很小，
因此，其实用性电 探 受到限制。
电 探
测
光纤光栅
测
器
器
1
吸收材料
2
图5 布拉格光纤光栅的制作
（2） 全息干涉法
全息干涉法又称外侧写入法，如图6示，用准 分子激光干涉的方法，Meltz等人首次制作了横向侧面 曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在掺锗光纤的侧 面相互干涉，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。可 见，通过改变入射光波长或两相干光束之间的夹角，可 以改变光栅常数，获得所需的光纤光栅。这种光栅制造 方法采用多脉冲重复曝光技术，光栅性质可以精确控制， 但是容易受机械震动和温度漂移的影响，并且不易制作 具有复杂截面的光纤光栅。
④长周期光栅：栅格周期远大于一般的光纤光栅，与普 通光栅不同，它不是将某个波长的光反射，而是耦合到 包层中去，主要用于EDFA的增益平坦和光纤传感。
⑤相移光栅：在普通光栅的某些点上，光栅折射率空间 分布不连续而得到的。它可以看作是两个光栅的不连续 连接。它能够在周期性光栅光谱阻带内打开一个透射窗 口，使得光栅对某一波长有更高的选择度。可以用来构 造多通道滤波器件。