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光纖光柵
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光纖Bragg光柵（FBG）是在光纖纖芯中引入周期性折射率調製而形成的窄帶濾波器件，其周期為(wei) 幾百納米到幾微米。FBG能對特定的波長進行反射，該特定波長滿足Bragg諧振條件，與(yu) 光柵的折射率調製量及周期成正比，被稱為(wei) Bragg中心波長。FBG是光信息領域的重要器件，在光纖通信（濾波器、色散補償(chang) 器）、光纖傳(chuan) 感（溫度、應變、壓力、振動傳(chuan) 感器）和光纖激光器（反射腔鏡、分布反饋腔、脈衝(chong) 展寬/壓縮器）中得到了廣泛應用。
光纖Bragg光柵原理示意圖▲
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光纖光柵製備技術發展曆程
Technology Development History
支FBG於(yu) 1978年由加拿大通信研究中心的K.O.Hill研製。Hill發現了摻鍺石英光纖中的光敏性，並采用駐波法製備出FBG作為(wei) 氬離子激光器的反射鏡。駐波法製備光柵的中心波長與(yu) 光源的波長相等，不能靈活選擇需要的反射波長，此外激光直接誘導的纖芯折射率變化量較小，需要製備幾十厘米甚至米量級的光柵提高反射率，影響了FBG的實用化。經過十多年的發展，到1993年，人們(men) 逐步開發了全息幹涉法、相位掩模法和直寫(xie) 法進行光柵刻寫(xie) ，實現了靈活的波長選擇，幾乎能製備任意中心波長的FBG；同時也發展了纖芯重摻鍺和高壓載氫等紫外增敏技術，提高了柵區的折射率變化量，使FBG的反射率靈活可控，為(wei) 光纖光柵的大規模製備和應用奠定了堅實的基礎。
另外，隨著超快激光器的進步，人們(men) 獲得了具有超高峰值功率的材料加工利器——飛秒激光器，並很快被應用到了光纖光柵的製備中。
1999年，日本科學家次將飛秒激光器用於(yu) 長周期光纖光柵的刻寫(xie) ，開啟了飛秒刻柵的大門。經過數年的發展，到2004年，飛秒直寫(xie) 法和飛秒相位掩模法製備光纖光柵技術逐步完善，並受到越來越多科研院所的關(guan) 注。近年來，隨著飛秒激光器和飛秒刻柵技術的進一步成熟，飛秒刻柵也開始步入實用化開發和應用階段。
(左)飛秒激光相位掩模法，(右)飛秒激光直寫(xie) 法 ▲
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飛秒刻柵和紫外刻柵對比
Comparative Advantages
兩(liang) 者最大的區別是形成柵區折射率變化的機製*不同。
紫外刻柵采用的光源是納秒脈衝(chong) 的準分子或固體(ti) 激光器，光纖需要經過載氫或重摻雜形成色心能級以提高紫外光敏性，纖芯被紫外光照後會(hui) 發生線性吸收，引起折射率變化，被稱為(wei) 光折變效應。紫外光折變形成的柵區結構在超過300℃的高溫下並不穩定，會(hui) 逐漸被漂白失去效果。
飛秒刻柵一般采用近紅外的飛秒激光器，光纖也不需要特殊處理。雖然單個(ge) 紅外光子能量比紫外光子能量低得多，無法在光纖內(nei) 誘發線性吸收過程，但飛秒脈衝(chong) 具有超高的峰值功率，經過透鏡聚焦後能量密度進一步提升，很容易在光纖內(nei) 引起非線性吸收，即同時吸收多個(ge) 光子發生能級躍遷，形成折射率變化。當入射脈衝(chong) 能量較低時，非線性吸收使材料局部迅速熔化並凝固產(chan) 生折射率改變，由此形成的光柵並不具備高溫穩定性，被稱為(wei) Type I型光柵；當脈衝(chong) 能量較高，超過材料損傷(shang) 閾值後，能產(chan) 生等離子形成長久性的折射率改變，使光柵結構具備長期的高溫穩定性，被稱為(wei) Type II型光柵，其能承受的溫度上限可達到光纖的軟化溫度，對於(yu) 石英光纖約1000℃，對於(yu) 藍寶石光纖為(wei) 2050℃。
飛秒激光誘導透明介質折射率變化機製▲
Type I型和Type II型飛秒光柵透射譜及顯微結構圖▲
相對於(yu) 紫外光柵，飛秒光柵具備如下優(you) 勢：
光柵結構更穩定，耐高溫、耐輻射，適用於(yu) 特殊環境應用
製備工藝更簡單，光纖不需要敏化處理，也不用去除塗覆層，飛秒激光可直接透過丙烯酸酯或聚酰亞(ya) 胺塗層刻寫(xie) ，成柵後的機械強度高、可靠性好
光纖類型更多樣，除了普通石英光纖，飛秒激光還可在純石英光纖、藍寶石光纖、微結構光纖、聚合物光纖、光纖等光纖中刻寫(xie) 光柵
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飛秒刻柵研究進展
Femtosecond Fiber Grating
目前，國外的飛秒刻柵技術較為(wei) 成熟並實現了商業(ye) 化量產(chan) ，如加拿大的TeraXion公司，其生產(chan) 的飛秒光柵已應用於(yu) 高功率光纖激光器中，德國的FBGS公司和FemtoFiberTec公司，可為(wei) 特殊環境光纖傳(chuan) 感提供飛秒光柵產(chan) 品。國內(nei) 的飛秒刻柵應用以高校研究為(wei) 主，相關(guan) 的科研單位包括吉林大學、深圳大學、華中科技大學、哈爾濱工業(ye) 大學、北京信息科技大學大學、西安交通大學等等。
對於(yu) 常用的兩(liang) 種飛秒刻柵手段，即飛秒直寫(xie) 法和飛秒相位掩模法，雖然前者對加工平台的穩定性和精度要求更高，但其具有更好的靈活性，特別是借助於(yu) 飛秒激光的三維加工特性，可實現複雜結構及新型光柵的刻寫(xie) 。通過位移台的精密移動，能在光纖的任意位置刻寫(xie) 任意周期和任意結構的光柵，如並行集成FBG、多芯集成FBG、取樣FBG、啁啾FBG、螺旋FBG等。新結構新材料光纖光柵的製備是目前的研究熱點，也為(wei) 飛秒刻柵開辟了新的應用方向。
並行集成飛秒FBG▲
取樣飛秒FBG▲
啁啾飛秒FBG▲
螺旋藍寶石飛秒FBG▲
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飛秒刻柵
解決(jue) 方案
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針對飛秒刻柵新的需求，淩雲(yun) 光公司結合自身在光信息領域多年的積累和對產(chan) 品的認識，可為(wei) 客戶提供定製化的飛秒刻柵解決(jue) 方案。
點擊查看大圖▲
方案特點：
支持直寫(xie) 法與(yu) 相位掩模法刻柵
任意周期任意結構光柵刻寫(xie)
高溫穩定光柵製備
塗覆層免剝除刻柵
藍寶石光纖、微結構光纖、光纖等光纖刻柵
激光功率與(yu) 偏振控製
自動纖芯對焦，加速製備過程
係統參數：
加工效果展示：
逐點刻寫(xie) FBG顯微鏡圖▲
逐線刻寫(xie) FBG顯微鏡圖▲
飛秒FBG的反射光譜圖▲
本方案主要由飛秒激光器、高精度位移台、振鏡係統、光路係統、成像係統以及加工軟件等組成，並能根據客戶要求靈活選配，同時具備擴展和升級的能力以適應新的需求。歡迎感興(xing) 趣的朋友聯係我們(men) ~
參考文獻
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