表面浮雕式光纤光栅的新光学特性

（ｂ）外部 折射 率从 １￣１．０３的反射谱 图
图 ３ 表 面浮雕 式微 纳光 纤布拉 格 光栅反 射谱 变化 图
图 ３（ａ）显示 了随着光 纤 直径 的改 变 ，表 面浮 雕 式 微 纳光 纤 布 拉格 光 栅 的反射 谱 也 随之 改 变 ．图 中表 面 浮雕 式微 纳光 纤光栅 的深度 ｈ都 是 ２００ ｎｍ，它们 的长度 也都 为 ２ ｍｍ．从 图 ３（ａ）中可 看 出 ，随着 光 纤直 径从 １２／ｚｍ 增 加到 １５ ｍ ，表 面浮 雕式 微纳 光纤 布拉 格光 栅 的 反射 谱 变窄 ；直 径 １５ ｍ 的 表 面浮雕 式微 纳 光纤 布拉格 光栅 的带宽小 于 １ ａｍ，而 直径 １２ Ｆｍ 的 表 面浮 雕 式 微 纳 光纤 布拉 格 光 栅 的 带 宽 约为 １．５ ｎｍ．从 式 （１）可 知 ，随着 光纤 直径 的增加 ，有 效折 射率 也就 增加 ，从 而导 致 反 射谱 的带 宽变 窄．表 面浮 雕 式微 纳 光 纤 布 拉格 光栅 的反 射谱 的谱 宽可 以随 着光纤 直 径 的变化 增大 或者 减小 ，而这 与上 面 的结果 相类 似 ，由此可 以判 断 光纤 纵 向外 力 改变 时光 纤直径 也 会改 变 ，那 么放 射谱 也 随之 改 变．将 这 个 结果 应 用 到传 感 器 中 ，利用 测 量 表 面浮 雕式微 纳 光纤 布拉 格光栅 的反射谱 ，可 以探 测到 外部 对光 纤 的纵 向拉力 的相 关数 据．
在 图 ２的 ３幅 图 中 ，２种 塑造 方法 所制 成 的光纤 光栅 的反射 率 均 为 １００ ．表 面浮 雕 式微 纳 光 纤光 栅 的 刻蚀 深度 分别 为 ２００，１００，５０ ｎｌＴ１．表面 刻蚀 的越 深 ，反 射谱 的带 宽就 越宽 ，对此 的解 释 ¨ 是
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图 ２ 不 同刻 蚀 深 度 的光 纤 布 拉 格 光 栅 对 比 图
式 中 ： 是 入射 光 波 波 长 ；Ｌ 是光 栅 长 度 ； “是 有效 折 射 率 ；Ａｎ是 折 射 率 调制 指 数 ，正 相 关 于 刻蚀 深 度 ； 。 是 光纤 布拉 格光 栅 的反射谱 的 带宽 ．通过 图 ２和式 （１），可 以看 出光纤 布 拉格 光 栅 的反 射谱 的带 宽 正相 关 于 折 射率 调制 指数 ，即折射率 调制 指数 越 大 ，光纤 布拉 格光 栅 的发射 谱 的带宽 越宽 ．所 以 ，可 以通 过相 应压 印技 术 实现 表 面浮雕 式光 纤光栅 的 反射谱 带 宽 的增 大或 者减 小．首先 ，由于表 面浮雕 式微 纳光纤 布 拉格光 栅 反射 谱 带宽 增大 ，反射 谱 的带宽 间 隔变大 ，反射 信号 也 能容纳 很 多 ，这样 光栅 可用 于激 光泵 浦光 反射 ，从 而改 善 以 及 提 高泵浦 效率 ，此 外还可 以减 少在 输 出光 中泵浦 光对 信 号光 源 的干 扰 ．其 次 ，利用 表 面 浮雕 式 微 纳光 纤 布 拉 格光 栅 的反射 谱带 宽 的减 少 ，可 以制成 优 良的波 长选择 器 ．这样 ，它 可 以用 在密 集波 分复 用 中 ，用来 反射 以 及 分离 不 同的波 长 ，在 这方 面 明显优 于传 统光纤 光栅 ，同样 也 可 以应 用在 传感 器 中作 为传 感 器 的光 纤 光 栅 ， 其 反射谱 的峰越 窄 ，传 感器 就越 敏锐 ，测量 结果 就越 精确 ．
姚 雷 ：表 面 浮雕 式 光 纤 光 栅 的 新 光 学 特 性
２ 两种 光 栅 的反 射 谱 的对 比及 刻 蚀 深 度 对 反 射 谱 的 影 响
用掩 模 法制作 的光纤 布拉格 光栅 和表 面浮雕 式 微纳 光纤 布拉格 光栅 的反 射谱 的对 比以及刻 蚀深 度对 反 射 谱 的影响 如 图 ２所示 ．
在 图 ３（ｂ）中 ，随着 外部折 射 率从 １改 变到 １．０３，表面 浮雕 式 微 纳光 纤 布拉 格光 栅 的反射 谱 逐 渐 向短 波 方 向移动 ，反射 谱 的峰值 也越 来越 小 ．这一 新性 质可 以用 于 传感 器 中．通过 表 面 浮雕 式 微 纳光 纤 布 拉格 光 栅 的反 射谱 的改 变 ，可 以测 量外 部材 料 的改变 以及 外部 物 质量 的改 变．例 如 ，可 以利 用 这 一 点来 测 量 和控 制 石 油在 罐 中的液 体高 度 ，即 当石 油 的容量 低 于某个 限定 值 时 ，则就 会 及 时反 映 在反 射谱 上 ，然后 就 可 以采 取 相 应 的措施 ，使 它返 回限定值 以上 ． ４ 结 语
对 纳米压 印制 成 的表 面浮雕 式光 纤布 拉格 光栅 进行 计算 机模 拟 ，并 通 过对 比 ，得 出这 种光纤 光 栅反射 谱 和光 纤 光栅刻 蚀深 度 、光纤 直径 以及 外部折 射 率之 间存 在 的相关 关 系．这种 新型 光纤 光栅 的新性 质使 得该 光 栅在 传感 器 和光 通信 以及 激光泵 浦 方面具 有潜 在应 用 价值 ．以上 研究 表 明 表面 浮雕 式 光 纤 布拉 格 光 栅是 一 种新 型 的光纤 光栅 ，具 有一 定 的发展 前景 ．
３ 表 面浮 雕 式微 纳光 纤 布 拉 格 光栅 反 射 谱 的 变 化 及 应 用
随着外 部折 射率 以及光 纤 直径变 化 ，表面 浮雕式 微纳 光纤 布拉 格光 栅反 射谱 的变 化如 图 ３所 示．
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徐 州 工 程学 院 学 报 （自然 科 学 版 ） ｌ ●
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２０１６年第 ２期
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（ａ）直 径 １２－１５ ｍ的反射谱 图
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