光纤光栅技术的研究进展及应用探讨

在微纳光子器件、光纤传感技术里有一个十分重要的器件是光纤光栅（FBG）。FBG是折射率沿着光纤轴向周期性调制的光纤器件。2000年以来，首先通过二氧化碳激光制备出了FBG，后来又使用紫外激光，直至今日使用飞秒激光制备布拉格FBG。FBG易于组建分布式传感网络，从而构建物联网感知层，具有巨大的市场需求。FBG是重要的光纤传感和通信器件，广泛用于桥梁、大坝、火车、飞机等的健康监测（温度、应变、振动等变量）。

FBG在传感和通信领域用途很广泛，它的重要性就相当于电路系统中的电阻或者电容，也相当于光学系统中的阻抗元件。既然FBG与电路系统中的电容或者电阻类似，而电容/电阻在电路系统里有并联和串联的形式，FBG串联集成用作准分布式传感技术已被人们接受，是否也可以对FBG进行串联或者并联的集成呢？这也对FBG的制备技术提出了新的挑战。

FBG有多种制备方法，常规的制备方法是紫外激光相位掩模法，通常是使用相位掩模版。这种方式有优点也有缺点，优点是紫外激光相位掩模法是一个相对比较成熟的技术，成本较低；缺点是一个相位掩模版只能制备一种类型的FBG，其周期结构完全由掩模版决定，灵活性差，并在制备串联集成的FBG时需要将多个FBG两两相熔接，工艺烦琐，也易引入损耗。(www.xing528.com)

近几年，发展出了一种新型的FBG制备技术——飞秒激光逐点法制备FBG。其原理是保持激光器位置不变，光纤以一定速度或者规律移动，激光器发出一个脉冲激光在光纤上写入一个周期。这种制备方法较为灵活，通过改变光纤移动的速度可以改变光栅的周期，根据需求可以实现任意周期FBG的制备，该制备方法对光纤的选择性也较强。与紫外激光法相比，紫外激光法只能在掺锗的光敏光纤中制备FBG，通常还需要载氢以提高光敏性，若是在一些特殊的光纤中，例如光子晶体光纤、纯硅光纤，由于其缺少光敏性，采用紫外激光相位掩模法制备FBG的难度大；而飞秒激光法在几乎所有类型的光纤上都可以制备FBG，尤其适合在特种光纤中制备FBG，其灵活性强。

目前商用和科学研究所使用的FBG制备技术包括：飞秒激光制备串联/并联集成光栅阵列，紫外激光双光束干涉制备光栅阵列，二氧化碳激光制备光子晶体FBG，电弧放电制备拉锥FBG，氢氧焰制备螺旋光栅/手征光栅，其中氢氧焰和二氧化碳激光方法只适用于制备长周期的FBG。