布拉格光纤光栅制作及其温度特性研究

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摘 要：用相位掩模法制作布拉格光纤光栅，采用恒温水浴槽和光纤光栅解调仪对光纤光栅的温度特性进行测试。通过恒温水浴槽控制光栅的温度，用光纤光栅解调仪测试光栅的反射波长。将光栅温度与反射波长一一对应，得出光栅温度特性曲线。从温度特性曲线可以看出，光纤光栅的反射波长与温度具有非常好的线性关系。

关键词：相位掩模 准分子激光器 温度特性曲线

中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-076-02

1 引言

光纤光栅是利用光纤的光致折变机理制成的反射型光栅。当增敏光纤在紫外光干涉条纹照射下，光纤的折射率会沿光纤轴向呈周期性的分布，形成光纤光栅。当一束宽光源经过该光栅，满足布拉格反射条件波长的光就被反射回来，其余波长的光透过光栅继续向前传输。

光纤光栅由于具有质量轻、灵敏度高、抗电磁干扰等优势，在光纤通信、传感及集成光学等领域具有巨大的潜在的应用价值。光纤光栅的制作主要有双光束干涉法、逐点曝光法及相位掩模法等，其中相位掩模法是一种较为有效且实用的方法，它降低了对光源相干性及周围环境稳定性的要求。本文采用相位掩模技术，用准分子激光器作为激光光源，制作出光纤布拉格光栅，并采用恒温水浴槽和光纤光栅解调仪对光栅的温度响应特性进行了测试。通过温度特性曲线可以看出，光纤光栅的反射波长与所处环境温度具有非常好的线性关系。

2 光纤光栅制作原理

光纤光栅是利用光纤对紫外光的光敏性制成的，可通过载氢的方法来增加光纤的光敏性。当紫外干涉光通过增敏过的光纤时，光纤纤芯的有效折射率将随光强的空间分布发生相应的变化，形成光纤光栅。

相位掩模法是利用石英相位掩模板来实现衍射光相干，进而在增敏光纤上写入光纤光栅。成栅原理是利用模板的阶衍射光束干涉，在掩模板后面形成周期性分布的光强，其周期为掩模光栅周期的1/2，从而在纤芯引起周期性的折射率调制，如图1所示。

3 实验及结果

（1）用高压氢气对光纤进行增敏。本实验是将光纤放置在高压氢气罐中载氢，来提高光纤的光敏性。（2）采用相位掩模法制作光纤光栅。刻栅设备有：准分子激光器、掩模板、光谱分析仪、ASE宽光源，装置图如图2所示。（3）对所制作的光栅进行退火处理，将所制作的光栅特性进行稳定。所制的光栅谱型图如图3所示。

在测试过程中，恒温水浴槽的温度范围控制在35℃-85℃，每5℃稳定1分钟，将光纤光栅解调仪所测的中心波长与温度对应记录下来。实验重复三次，每个数据取三次的平均值，做出如图4所示的光栅温度特性曲线。从图4中看出，线性度为0.999949，光纤光栅的中心波长与温度具有非常好的线性关系。

4 结论

本文首先用相位掩模法制作了布拉格光纤光栅，然后用恒温水浴槽和光纤光栅解调仪对光纤光栅进行温度响应特性测试。通过测试结果看出，光纤光栅的中心波长与光栅所处环境的温度具有非常好的线性关系，为光纤光栅传感器的制作提供有利的保障。

参考文献：

[1] 张永胜，郁可，姜德生，等.用相位掩模法制作光纤光栅的技术[J].光学技术，1999（1）：24-27.

[2] 殷燕子.耐温光纤布拉格光栅传感器涂层的研究[D].武汉理工大学，2012.

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