演示文稿光纤光学光纤光栅.ppt

演示文稿光纤光学光纤光栅
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光纤光学光纤光栅
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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
第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。
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5、预加应力增敏技术
在写入光栅的过程中，对掺锗光纤施加适当应力，将会提高光纤的光敏性。在同样的曝光条件下写入Bragg光栅时，施加应力的光纤将会得到高达18dB的反射深度，而未加应力的光纤的反射深度仅为7dB，因此利用这种方法将会明显缩短光纤光栅的写入时间。
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光纤光栅的生命周期和稳定性
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。
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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
极高UV曝光量，瞬间局部温度达上千度、物理破坏引起折射率变化(融化石英基质，物理性损伤）、折射率变化⊿n可达10-2
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三、光纤光栅的制作技术
内部写入法
干涉写入法
逐点写入法
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1、内部写入法
光纤中沿相反方向传播的两列相干光波可表示为

两列波相干叠加后形成跓波
跓波干涉条纹的强度可写为
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2、全息相干法
将工作在紫外区的同一束激光分成一定夹角的两束光，在一段光纤的裸露纤芯区形成干涉。干涉条纹产生折射率型光栅。
布拉格波长：
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。
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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。
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4、 相位掩膜技术
相位掩模是采用电子束平板印刷术或全息曝光蚀刻于硅基片表面的一维周期性透射相位光栅，其实质是一种特殊设计的光学衍射元件。
相位掩模的高级衍射波强度较弱，通常只考虑0级和±1级衍射波，在正入射情况下±1衍射波的强度相等。衍射角满足光栅
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斜入射
斜入射情况下的分布为
0级和±1级干涉条纹的周期为
而±1级衍射波产生的干涉周期为
当sinθi+λw/Λpm>1时，可以消除正一级衍射光。
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正入射
在正入射的情况下，齿高满足 的情况下，抑制了零级衍射条纹，则一级衍射可表示为：
则两列波叠加形成的条纹是
干涉条纹的周期为
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干涉条纹照射到光敏光纤上制作出周期与干涉条纹周期相同的Bragg光纤光栅。
优点：对光源相干性要求低，而且光栅的周期与光源的波长无关，对光路稳定性要求低，易于批量生产。
缺点：是成本相对较高，并且一般而言同一块相位掩模板制作的光纤光栅周期相同。
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四、光纤光栅特性
1. 耦合模方程
有两种方法用来研究光栅是如何影响光波在光纤中传播的。
一种方法是通常用于描述半导体中电子运动的布洛赫理论；
另一种方法是耦合模理论。
耦合模理论分别处理光纤光栅内向前和向后传播的光，光栅提供向前和向后传播的光的耦合。
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在光纤光栅中，既要考虑折射率的非线性变化，也要考虑折射率的周期性变化。因此考虑到非线性和周期性后，光纤光栅内的
折射率写为