光纤光学光纤光栅.pptx

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3、2光纤光栅FiberGrating
光纤光栅得基本概念
光纤光栅得基本原理
光纤光栅得基本特征
光纤光栅得应用
1978年由加拿大通讯研究中心(CRC,CanadianResearchCentre)得K、O、Hill、率先报道了光纤得光敏特性,制造了第一支光纤光栅。
1989年G、Melts报道了从光纤得侧面用激光得干涉曝光制作了光纤光栅,使光纤光栅得到迅速发展。
1993年K、O、Hill提出得相位掩模制造法使光纤光栅得制造技术得到重大发展,使光纤光栅得大批量制造成为可能。
光纤光栅得历史
一、光纤光栅得基本概念
1、光纤光栅
光纤光栅就是一种折射率沿光纤纵向周期变化得波导。当光通过这样得波导时将产生相位得周期性变化。
由衍射理论有
令
通过光栅得同相弱反射光相干加强。反射光波长位于1、5μm附近得光纤光栅,其周期为Λ=0、5μm
二、光纤光栅得形成机理
光敏光纤刻栅
载氢增敏技术
光纤材料得还原性处理
多种掺杂
预加应力增敏技术
1、光敏光纤刻栅
光纤得光敏特性就是指光纤得折射率在某些波长得光得照射下,发生永久变化得特性。
石英材料得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。
石英得基本结构
提出了多种模型,没有一种可以解释所有得实验结果。
一般认为掺杂光纤得光敏性与光纤中得氧空位缺陷有关。Ge具有两种氧化态Ge2+与Ge4+因此具有GeO与GeO2两种缺陷。GeO缺陷对应于光纤在242nm与325nm得吸收,GeO2缺陷对应于193nm得吸收。GeO缺陷对242nm得光产生了强烈得吸收,引起GeO电离,引起光纤得折射率发生变化。
在1、3μm~1、6μm得波长范围内,折射率变化得典型值约为10-4,对于高锗掺杂浓度得光纤,这个值可大于0、001。
色心模型
D、P、Hand认为在紫外光得照射下掺锗石英光纤材料中缺氧锗缺陷将发生电离,所释放得电子陷落在附近位置上形成新得缺陷中心。这种色心缺陷粒子数得变化将永久地改变光纤得紫外吸收谱,从而引起掺锗石英玻璃中引起折射率得改变,其改变得具体数值如下式: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得重新分布就是掺锗石英光纤折射率改变得主要原因。
密致模型
玻璃得光敏性与玻璃中缺陷有关,在紫外光照射下光纤材料中得局部应力与密度将发生变化。掺锗石英玻璃得折射率与其密度呈线性关系,因此这种应力与密度得变化被认为就是光纤材料中光致折射率得一种可能得机制-密致模型。
玻璃得折射率变化不仅仅与玻璃吸收系数有关,还与体积有关(光致密化与光致热膨胀效应)。
2、载氢增敏技术
1993年AT&TBell实验室得P、J、Lemaire掺锗光纤得载氢增敏技术。
掺锗3%光纤被放入气压为2、0-76MPa,温度为20-75℃得氢气中,形成载氢光纤。
载氢光纤在紫外光照射时将引起氢气与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,形成与折射率有关得Ge-OH,Si-OH,Ge-H,Si-H等化学键与缺氧锗缺陷中心,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得氢,载氢光纤形成得折射率变化就是持久得,室温条件下放置2个星期下降11%。