光纤光栅制作技术综述
光纤布拉格光栅理念原理与技术特征
光纤布拉格光栅理念原理与技术特征光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是一种利用光纤中的布拉格光栅实现光波频率选择与调制的技术。
它在光通信、传感器等领域具有广泛的应用。
本文将从原理和技术特征两个方面来详细介绍光纤布拉格光栅技术。
光纤布拉格光栅的原理可追溯到布拉格散射理论。
布拉格散射是指当一束光波经过一个均匀光周期结构时，会在每个周期出现反射或透射，形成和入射光波相干的反射光波。
布拉格光栅是一种具有空间周期结构的光学元件，由一系列等距离的折射率变化组成。
光纤布拉格光栅则将布拉格光栅结构移植到了光纤中，形成了一种具有周期性折射率变化的光纤元件。
光纤布拉格光栅一般采用两种方法制备，即直写法和光干涉法。
直写法是指通过高能激光束直接照射在光纤的芯部，通过光纤材料的光学非线性效应和热效应来形成布拉格光栅结构。
光干涉法是指将两束光波通过干涉结构产生干涉现象，经过光纤芯部后，在折射率变化的作用下形成布拉格光栅。
1.高可靠性：光纤材料的插入损耗低，与光纤之间的耦合效率高，使得光纤布拉格光栅具有较高的传输效率，并且能够长时间保持稳定的性能。
2. 宽带性：光纤布拉格光栅的制备工艺已经趋于成熟，能够制备出能够覆盖整个光通信波段（1260~1650 nm）的宽带布拉格光栅。
3.稳定性：光纤布拉格光栅在光纤中的固定度较高，不易受到外界环境的干扰，能够长时间稳定地工作。
4.温度和应变传感：由于光纤布拉格光栅的折射率与温度和应变有关，因此可以通过测量布拉格光栅的中心波长偏移来实现温度和应变的传感。
这种传感技术具有高灵敏度、快速响应和长距离传输等优点，在工业和生物医学领域有广泛的应用前景。
5. 光互联和光波长多路复用：光纤布拉格光栅可以用作光纤互联中的微型光学件，实现在光纤网络中的信号调制、调整和复用等功能。
同时，光纤布拉格光栅也可以用于光波长多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）系统中，实现光路的选择和分离。
光纤光栅技术与应用PPT课件
纤 芯 包 层 涂敷层 护 套
尺寸规格：单模光纤内径：9µm 外径：125µm
多模光纤内可径编辑：课件5PP0T µm
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光纤结构
光纤光栅技术与应用
两种常用光纤的可编辑结课件构PPT及其折射率分布 11
对中卡头Three-jaw chuck
配
Modified Chemical Vapor Deposition
可编辑课件PPT
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啁啾光栅
光纤光栅技术与应用
色散产生原理示意图
波长色散的起因有两个：1）折射率随波长呈非线
性变化，色散系数与折射率的二阶导数成正比，称为
材料色散；2）传播常数与波长呈非线性关系，色散系
ห้องสมุดไป่ตู้数与传播常数的二阶导数成正比，称为波导色散。
14国外光纤技术収展情冴光纤技术収展概冴光纤光栅技术不应用?20丐纪60年代中期所研制的最好的光纤损耗在400db以上?1966年英国标准电信研究所高锟及hockham仍理论上预言光纤损耗可降至20dbkm以下?日本于1969年研制出第一根通信用光纤损耗为100dbkm?1970年康宁公司corning采用粉末法先后获得了损耗低于20dbkm和4dbkm的低损耗石英光纤?1974年贝尔实验室bell采用改迚的化学汽相沉积法制出性能优于康宁公司的光纤产品
菲涅耳定律：n1sinθ1=n2sinθ2
n1
θ1
n2
θ2
n1
θ1
n2
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n1<n2
n1>n2
结论：若要实现全反射，则必须有
n >n 1 2 可编辑课件PPT
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光纤基本理论
φ
光纤光栅技术与应用
n2 n1
光纤光栅的制作与发展
光纤光栅的制作与发展1.1 光纤材料的光敏性光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。
对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。
石英材料的分子结构通常为四面体结构,每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连.虽然Ｇｅ原子与Sｉ原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置，但是Ｇe的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。
由于纯石英玻璃的吸收带位于160nm处,对波长在19０ｎm以上一直到红外区的光具有大于9０%的透过率.这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响,因此，光纤的光敏性与掺杂有关。
一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。
起初，曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现,光栅不能从纯硅纤芯生长,OH基对光纤的光敏性不是必要的。
但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。
比如，基于硅基光纤的掺铕光纤，掺铈光纤,掺饵锗光纤,以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等.然而从实用的观点来看，最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。
在光纤材料中掺锗以后将产生位于180ｎｍ,１９5nm，2１3nｍ，240nm，28１ｎm,325nm，５１7nm等多个附加的吸收带,其中24０ｎm和１９5ｎm为强吸收带.240nm吸收带的宽度约为30nm，３２５nm吸收带的强度仅为240ｎm吸收带的１/100０。
通常,对光纤材料光敏性研究主要集中在２４０nm和１93nｍ的紫外光波段上。
１.2光纤材料的增敏技术自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。
标准单模通讯光纤中掺有3％的锗，典型的光致折射率变化为～３×1０—5.由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系,因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。
光纤光栅传感器技术
光纤光栅传感器技术一、前言1978年加拿大渥太华通信研究中心的K.O.Hill等人首次在掺锗石英光纤中发现光纤的光敏效应，并采用驻波写入法制成世界上第一根光纤光栅。
1989年，美国联合技术研究中心的G.Meltz等人实现了光纤Bragg光栅（FBG）的UV激光侧面写入技术，使光纤光栅的制作技术实现了突破性进展。
随着光纤光栅制造技术的不断完善，其应用的成果日益增多，从光纤通信、光纤传感到光计算和光信息处理的整个领域都将由于光纤光栅的实用化而发生革命性的变化，光纤光栅技术是光纤技术中继掺铒光纤放大器（EDFA）技术之后的又一重大技术突破。
光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。
所谓光纤中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。
而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。
利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。
这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤耦合，可与其它光器件兼容成一体，不受环境尘埃影响等一系列优异性能。
光纤光栅的种类很多，主要分两大类：一是Bragg光栅（也称为反射或短周期光栅）；二是透射光栅（也称为长周期光栅）。
光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构，从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为啁啾光栅（chirp光栅）。
目前光纤光栅的应用主要集中在光纤通信领域和光纤传感器领域。
二、光纤光栅传感器的工作原理我们知道，光栅的Bragg波长λ由下式决定：λ=2nΛ （1）式中，n为芯模有效折射率，Λ为光栅周期。
当光纤光栅所处环境的温度、应力、应变或其它物理量发生变化时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况。
如利用磁场诱导的左右旋极化波的折射率变化不同，可实现对磁场的直接测量。
一种用于周界围栏的光纤光栅感应器的制作方法
一种用于周界围栏的光纤光栅感应器的制作方法背景在现代社会中，安全一直是人们关注的焦点。
对很多场所而言，如矿山、监狱、军事基地等，周界围栏的建立是必要的，并且边界的安全保障是至关重要的。
这个任务一直伴随着各种安保技术的发展。
本文关注的主题是一种用于周界围栏的光纤光栅感应器的制作方法。
光纤光栅（FBG）技术所谓光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）是指一种由单模光纤或多模光纤制作而成的具有周期性折射率变化的全反射镜。
FBG 的主要特点如下：•具有高加工精度的周期结构；•包含可变折射率的光学介质，如光刻、电子束曝光等；•用于激光锁相、激光波长选择、压力监测、温度、形变、振动等测量。
在市场上，FBG 技术已经得到广泛应用。
光纤光栅传感器实现临界防范光纤光栅作为围栏的感应元件，用于监测围栏本身的状态和周边环境的状态。
传感器的实现方式主要分为两种：引入光纤光栅和激光光源于围栏内或外。
在第一种实现方式中光纤光栅固定在围栏上，用于监测围栏本身的状态。
另外一种方法中，光纤光栅则用于监测围栏周围环境的状态。
这里我们关注的是第一种实现方式。
因此，制作一种光纤光栅感应器，则是保障周界围栏安全的重要一环。
围栏感应原理当光从一个介质向另一个介质传播时，由于介质的折射率不同，光的速度会发生变化，这就会产生光的反射，其中一定比例的反射光就会返回起点。
光在两个介质的交界处产生反射，这种现象被称为反射。
反射现象是我们制作围栏感应器的基础。
当光在光纤中传输，当光纤被弯曲或受力时，光纤中的折射率也会产生变化。
这里，我们要制作的围栏感应器需要采用反射原理进行制作。
也就是说，我们需要制作一种能够监测围栏周围环境的反射式光纤光栅感应器。
围栏感应器制作方法光纤光栅的选材和制作为保证围栏感应器的正常工作必须在制作光纤光栅时组成满足要求的材料，具体可以采用以下步骤：1.选择质量较好，光损失较小的单模光纤或多模光纤；2.根据要求制作成需要的长度；3.对光纤进行必要的预处理和清洗。
(优选)光纤光学光纤光栅
3、光纤材料的还原性处理
通过在光纤拉制中完成后用氢灯对所要曝光的 光纤段进行“焰刷”处理。把拉制好的标准通信锗 光纤段放在～1700℃的氢氧焰下灼烧，使光纤在 240nm处的吸收增加，可获得大于10-3的折射率变化 ，光纤材料的光敏性提高了一个数量级。缺点就是 高温灼绕破坏了光纤，有长期稳定性的问题。
1、光敏光纤刻栅
光纤的光敏特性是指光纤的折射率在某些波长的光 的照射下，发生永久变化的特性。
石英的基本结构
石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个Si 原子通过形成共价键与四个氧原子相连。
提出了多种模型，没有一种可以解释所 有的实验结果。
一般认为 掺杂光纤的光敏性与光纤中的氧空位 缺陷有关。Ge具有两种氧化态Ge2+和Ge4+因此具有 GeO和GeO2两种缺陷。 GeO缺陷对应于光纤在 242nm和325nm的吸收， GeO2缺陷对应于193nm的 吸收。GeO缺陷对242nm的光产生了强烈的吸收， 引起GeO电离，引起光纤的折射率发生变化。
载氢光纤在紫外光照射时将引起氢气和掺锗石英 光纤之间产生化学反应，H2分子在Si-O-Ge区发生变 化，形成与折射率有关的Ge-OH,Si-OH,Ge-H,Si-H等 化学键和缺氧锗缺陷中心，从而产生光致折射率变化 ，光敏性可提高1－2个数量级，折射率变化提高两个 数量级。
特别说明，由于光纤中存在未反应的氢,载氢光 纤形成的折射率变化是持久的,室温条件下放置2个星 期下降11％。
在1.3μm～1.6μm的波长范围内，折射率变化 的典型值约为10-4 ，对于高锗掺杂浓度的光纤，这 个值可大于0.001。
色心模型
D.P.Hand认为在紫外光的照射下掺锗石英光纤 材料中缺氧锗缺陷将发生电离，所释放的电子陷落 在附近位置上形成新的缺陷中心。这种色心缺陷粒 子数的变化将永久地改变光纤的紫外吸收谱，从而 引起掺锗石英玻璃中引起折射率的改变，其改变的 具体数值如下式：Kramers－Kronig关系：
光纤光栅的制作与应用-论文要点
武汉软件工程职业学院2008级毕业论文（设计）课题名称光纤光栅的制作与应用学生姓名杨彬学号 1297808050186班级通信0801指导老师郑丹完成时间：2010 年月日光电子与通信工程系目录正文 (5)1 光纤光栅的概述 (5)1.1 光纤光栅的定义 (5)1.2 光纤光栅的分类 (5)1.3 各类光纤光栅具体详解 (5)1.4 光纤光栅的特性 (6)2 光纤光栅制作方法 (7)2.1 光源的准备 (7)2.2 光敏光纤的制备 (7)2.3 布拉格光纤光栅的制作 (8)2.4 长周期光纤光栅的制作 (11)2.5 啁啾光纤光栅的制作 (15)2.6 切趾光纤光栅的制作 (20)3 光纤光栅的应用 (22)3.1 光纤光栅传感器的应用 (22)3.1.1 光纤传感器的分类： (22)3.1.2 光纤传感器的应用 (23)3.2 光纤光栅滤波器的应用 (25)3.3 光纤光栅激光器的应用 (25)3.3.1 光纤激光器的特点 (25)3.3.2 低功率光纤激光器 (27)4 光纤光栅的发展前景 (27)5 结论 (28)参考文献 (28)摘要：光纤光栅是利用光纤材料的光敏性在纤芯内形成空间相位光栅。
其作用主要是在光纤内形成一个窄带的滤波器或反射镜。
光纤光栅根据折射率沿光栅轴向分布的形式，可将紫外写入的光纤光栅分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅。
其中每一类的光纤光栅都有不同的特性，和其制作的方法，以及应用的领域不同。
对于制作长周期、啁啾、布拉格等光纤光栅的方法主要有，全息干涉法、分波前干涉法、相位掩模法、在线成栅法、直接写入法、聚焦离子束写入法、振幅掩模法、电弧感生微弯法、残余应力释放法、熔融拉锥法、机械感生法等等。
光纤光栅的应用范围比较广泛，最近几年受到越来越多的人的青睐，其主要应用在传感器、滤波器、激光器等光学器件中。
应用领域主要在医学、光学、建筑、通讯等，这和我们的生活都是密不可分的。
同时，这也让诸多集成型光纤信息系统即将成为现实。
光纤光栅的基本原理
光纤光栅的基本原理
光纤光栅是一种重要的光纤传感器设备，通过光栅结构的引入，能够实现对光信号的调制和散射，从而进一步实现对光信号的测量和监测。
光纤光栅的基本原理是利用了光的光纤衍射效应，在光纤中建立一定周期的折射率变化，形成了光栅结构。
光栅结构会对通过光纤的光信号进行散射，并将光信号部分反射、部分透射出来。
光纤光栅的制作主要包括两个步骤：光栅形成和光纤制备。
首先，在光纤中通过一系列光学加工手段，使光纤折射率周期性改变，进而形成光栅结构。
这可以通过多种方法实现，如通过调制电子束辐照或者通过定向紫外光照射等。
在制备光纤时，可以选择光栅传感区域特殊处理，例如敷覆薄膜或者其他化学处理，以增强光栅的灵敏度和特性。
当光信号进入光纤光栅后，其一部分会被光栅结构反射回来，一部分会通过光栅结构传播到光纤内部。
反射回来的光信号会通过光纤尾部重新回到入口端，形成一个反射光信号的波纹图案。
而通过的光信号则会因为光栅结构的影响而发生衍射效应，使得光信号分布在不同的散射波长上。
通过检测和测量反射波形和散射波幅度和频率的变化，可以推断出光信号的强度、频率、相位等信息。
利用光纤光栅的基本原理，可以实现多种光信号的测量和控制应用，例如测量温度、应变、气体浓度等。
光纤光栅具有成本
低、体积小、传感器延长线可达10公里以上等特点，因此在光纤通信、光纤传感等领域具有广泛应用前景。
光纤光栅 光格科技-概述说明以及解释
光纤光栅光格科技-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光纤光栅是一种利用光栅原理制造出来的光学器件，其具有很高的光学性能和稳定性，被广泛应用于光通信、激光技术、光谱分析等领域。
光格科技作为光纤光栅的领军企业之一，致力于研究和开发先进的光纤光栅技术，不断推动该领域的发展与应用。
本文将介绍光纤光栅的原理与特点，探讨其在各个应用领域的重要性，以及光格科技在该领域的研究与发展成果。
通过对这些内容的了解，可以更好地认识光纤光栅技术的重要性和前景，促进光学领域的发展与进步。
1.2文章结构文章结构部分文章的整体结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分将介绍光纤光栅和光格科技的背景和意义，正文部分将详细介绍光纤光栅的原理与特点以及在各个领域的应用情况，最后结合光格科技在光纤光栅领域的研究和发展进行介绍。
结论部分将对文章的内容进行总结，展望未来光纤光栅技术的发展前景，并留下一些结束语。
整体结构清晰明了，每个部分都将围绕光纤光栅和光格科技展开讨论，使读者能够全面了解这一领域的最新研究和发展。
1.3 目的：本文旨在介绍光纤光栅这一重要的光学器件，探讨其原理与特点，深入探讨其在各个领域的应用，以及光格科技在该领域的研究和发展情况。
通过对光纤光栅和光格科技的综合介绍，读者将能够更全面地了解光学器件的重要性和应用前景，同时也能够对光格科技在该领域的成就有一个更清晰的认识。
希望本文能够给读者带来启发和启示，促进光纤光栅领域的研究与发展。
2.正文2.1 光纤光栅的原理与特点光纤光栅是一种利用光纤的周期性结构来实现光信号的衍射和反射的光学器件。
其原理是利用光纤中的折射率周期性变化来实现入射光波的衍射效应，从而实现信号的频谱分析和光谱调制。
光纤光栅具有以下几个特点：1.高效：光纤光栅能够实现高效的光信号衍射和反射，从而实现信号的频谱分析和光谱调制，提高了光信号处理的效率。
2.精确：光纤光栅的周期性结构可以精确地控制光波的传播和衍射，使其在特定波段内表现出良好的光学性能。
光纤光学8-光纤光栅概述
优点：通过调节就可以实现 周期大范围内的改变。
缺点：需要紫外激光具有高 的时间和空间上的相干性。
3、逐点写入法
逐点写入法是利用聚焦光束沿光纤逐点曝光，使 光纤纤芯的折射率形成周期性分布而制成光纤光栅的 方法。关键在于光纤与写入光斑的相对位置。
优点：对相干性没有严格要求，光栅参数易于调整。 缺点：曝光时间长，光栅间距的误差较大，光栅周 期不能太小，适合写长周期光栅。
4、多种掺杂
在锗硅光纤材料中，掺入B、Sn或Al等元素可提 高光纤材料的光敏性，其中以B/Ge双掺杂光纤材料 的光敏性最强，其光敏性要比含锗量相当的单掺锗 光纤材料要高出约一个数量级。这些光纤都可以采 用MCVD技术生产。 （1）避免了危险性的氢气敏化处理。
（2）可避免载氢增敏引起的羟基吸收损耗；这一损 耗在长度较大的Chirp光纤光栅中是十分严重 （3）提高了光栅的制作效率。
光纤光栅在环境（如温度、应变、外部光源 的照射等)影响下，会逐渐退化。光纤光栅的长 期稳定性是通信和传感器的关键。 无论光纤在紫外照射之前是否经过处理，即 使是室温，光栅也会随时间而产生热退化。 光栅光栅在应用中最经常遇到的退化因素是 擦除温度。 光纤光栅的温度稳定性主要由光纤光敏性的物理 属性，即光栅写入的三种类型，即I型、IIA型和 III型。
光纤光栅的分类：I型、IIA型和II型
Ⅰ类光栅：温度稳定性较差（300℃）、脉冲或连续 较低掺杂浓度、较低UV曝光量、局部缺陷引起折射 率变化、折射率变化⊿n～ 10-5—10-3 ⅡA类光栅：温度稳定性较好（500℃）、脉冲或连续 掺杂浓度较高（eg ＞25mol% GeO2)、 较高UV曝光 量（ ＞ 500J/cm2)，、结构重构引起折射率变化、 折射率变化⊿n＜0
Ⅱ类光栅：温度稳定性好（800℃）、脉冲激光