光纖光柵制作工藝及其在光纖傳感中的應(yīng)用研究.pdf

1、1978年K.O.Hill等人首次發(fā)現(xiàn)了摻鍺光纖的光敏性和由此產(chǎn)生的光纖光柵.最初人們只是把它看成一種新現(xiàn)象,在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒有找到合適的制作技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域,之后幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的出現(xiàn)使得光纖光柵的廣泛應(yīng)用成為可能.第一個(gè)是1989年由GMeltz等人首次提出由側(cè)面寫入法,這一技術(shù)使得制作各種波長(zhǎng)的光纖光柵成為可能,由此開始了它在不同應(yīng)用領(lǐng)域的大發(fā)展；第二個(gè)是用高壓載氫等技術(shù)使光纖的光敏性成倍的提高,這使得用標(biāo)準(zhǔn)的通信用光纖就可以制作光纖

2、光柵了.第三個(gè)技術(shù)就是相位掩模板的應(yīng)用,這三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的出現(xiàn)使得大批量、可商品化的光纖光柵開始涌現(xiàn).光纖光柵在剛出現(xiàn)的時(shí)候,由于它同光纖具有天然的兼容性,可以預(yù)見的應(yīng)用有很多,包括在通信領(lǐng)域、傳感領(lǐng)域等,如光纖光柵WDM濾波器、色散補(bǔ)償器、EDFA增益平坦濾波器(GFF),光纖激光器等.目前,光纖光柵在光通信方面具有穩(wěn)定市場(chǎng)的應(yīng)用有980穩(wěn)頻光柵,單信道色散補(bǔ)償器等.現(xiàn)在幾乎每只980泵浦光源都會(huì)在尾纖加上穩(wěn)頻光柵.而色散補(bǔ)償光柵同色散

3、補(bǔ)償光纖(DCF)相比,在通道數(shù)比較少的情況下,有比較大的優(yōu)勢(shì),如非線性效應(yīng)小,對(duì)在線路中的位置不敏感等,因此,在國(guó)內(nèi)外均有一定的應(yīng)用. 光纖光柵應(yīng)用的一個(gè)新興領(lǐng)域是光纖光柵傳感,它正在逐步發(fā)展起來,人們?cè)谕聊窘ㄖ?、電力測(cè)溫、油井測(cè)溫等領(lǐng)域開展廣泛的研究,并逐步應(yīng)用到實(shí)際中去.光纖光柵具有安全、不易受電磁干擾、無需現(xiàn)場(chǎng)供電、傳輸距離遠(yuǎn)等傳統(tǒng)電傳感器所不可比擬的優(yōu)點(diǎn).光纖光柵傳感的關(guān)鍵問題之一是封裝工藝問題,它的可靠性、長(zhǎng)期零漂、

4、融變等是這些傳感器的核心.可以預(yù)見隨著這些問題的不斷被解決,光柵在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛,可能會(huì)形成一個(gè)比較穩(wěn)定的市場(chǎng).比如,用于石油井下的高溫高壓傳感器,目前市場(chǎng)對(duì)這樣的產(chǎn)品有迫切需求. 另外,光纖光柵也在光纖激光器中有非常重要的應(yīng)用,不論是在窄線寬激光器還是在雙包層大功率激光器,目前都是應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn),光纖光柵是其中的一個(gè)核心元件.利用光纖光柵制作的窄線寬激光器,如DFB光纖光柵激光器,具有波長(zhǎng)容易控制、輸出線寬窄

5、、相干長(zhǎng)度長(zhǎng)(可達(dá)數(shù)公里)等優(yōu)點(diǎn),可以用于傳感領(lǐng)域,諸如水聽器等,也是一個(gè)研究的熱點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景.目前,國(guó)內(nèi)報(bào)道的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比傳統(tǒng)的壓電式傳感器靈敏20dB以上.而雙包層大功率激光器在工業(yè)切割、焊接等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用,可以預(yù)見隨著它性能的改善,會(huì)部分替代目前市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣泛的YAG激光器.本文圍繞光纖光柵制作、光纖DFB激光器、光纖光柵傳感器幾個(gè)方面進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)研究工作,具體如下: ●系統(tǒng)地總結(jié)了光纖光柵的性質(zhì)

6、,介紹了光纖的增敏方法,用傳輸矩陣法對(duì)各種光纖光柵的特性進(jìn)行了模擬分析,深入研究了啁啾光柵的參數(shù)對(duì)其光學(xué)性質(zhì)的影響. ●逆向?qū)油品ㄊ菑囊阎谱魍甑墓饫w光柵外部光學(xué)特性中推算其內(nèi)在參數(shù)的一種有效方法.本文介紹了層推法理論和具體實(shí)施方法,并用這種方法對(duì)具體的光柵進(jìn)行了分析,所得結(jié)果同實(shí)際情況非常吻合,驗(yàn)證了該方法的有效性. ●研究了各種光柵的制作方法,包括啁啾光柵、WDM濾波器光柵、長(zhǎng)周期光柵,提出了一些新的工藝手段,效果良好

7、.其中啁啾光柵0.5dB帶寬>0.4nm,時(shí)延斜率為1080ps/nm,時(shí)延抖動(dòng)<±10ps.利用二根啁啾光柵,在G652光纖中,成功地將10Gb/s SDH信號(hào)傳輸了150公里,帶內(nèi)無誤碼.制作的WDM光柵邊模大于30dB,反射率>99.9﹪.提出了長(zhǎng)周期光柵用于EDFA增益均衡時(shí),譜形的擬合方法并進(jìn)行了實(shí)際制作,所得誤差<±0.4dB. ●研究了影響多波長(zhǎng)光纖DFB激光器性能的因素和相應(yīng)的改進(jìn)措施,在低摻鉺光纖上實(shí)驗(yàn)制作了光