光纤光学光纤光栅.ppt

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光纤光栅Fiber Grating
光纤光栅的基本概念
光纤光栅的基本原理
光纤光栅的基本特征
光纤光栅的应用
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1978年由加拿大通讯研究中心(CRC, Canadian Research Centre ). ，制造了第一支光纤光栅。
1989年 报道了从光纤的侧面用激光的干涉曝光制作了光纤光栅，使光纤光栅得到迅速发展。
1993年 . Hill提出的相位掩模制造法使光纤光栅的制造技术得到重大发展，使光纤光栅的大批量制造成为可能。
光纤光栅的历史
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一、 光纤光栅的基本概念

光纤光栅是一种折射率沿光纤纵向周期变化的波导。当光通过这样的波导时将产生相位的周期性变化。
由衍射理论有
令
通过光栅的同相弱反射光相干加强。，其周期为Λ=
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二、光纤光栅的形成机理
光敏光纤刻栅
载氢增敏技术
光纤材料的还原性处理
多种掺杂
预加应力增敏技术
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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。
石英的基本结构
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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。
～，折射率变化的典型值约为10-4 ，对于高锗掺杂浓度的光纤，。
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色心模型
，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：
色心模型认为，在紫外光照射下电子在不同位置上的重新分布是掺锗石英光纤折射率改变的主要原因。
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密致模型
玻璃的光敏性与玻璃中缺陷有关，在紫外光照射下光纤材料中的局部应力和密度将发生变化。掺锗石英玻璃的折射率与其密度呈线性关系，因此这种应力和密度的变化被认为是光纤材料中光致折射率的一种可能的机制－密致模型。
玻璃的折射率变化不仅仅与玻璃吸收系数有关，还与体积有关（光致密化和光致热膨胀效应）。
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2、载氢增敏技术
1993年 AT &T Bell实验室的P. J. Lemaire掺锗光纤的载氢增敏技术。
掺锗3％-76MPa，温度为20－75℃的氢气中，形成载氢光纤。
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％。
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