光子学设计基础：图示布局图及应用案例

在光激励停止后很久，光仍然可能持续造成光纤折射率的变化。事实是，有时这种变化是永久的（或者半永久）。

1978年，首次发现了这种现象^[4]。将氩激光束入射到掺锗单模光纤，并传播约50cm，仔细监控后向散射光束和前向传播光束（见图9.23）。观察到反射光强度，在几分钟内上升非常快，向前传播的光相应下降。研究表明，光纤端部（初始的）的菲涅尔反射光已经在光纤中形成驻波干涉图。该强度图在几分钟时间内记录了光纤内对应的折射率周期性变化，作用相当于对光进行布拉格式反射。显然，随着反射强度增大，使干涉图的可视度（或反衬度）增加，即出现了正反馈。

图9.23　记录光纤中反射光栅的示意布局图

高达90%的光都可以以这种形式后向反射（见图9.24），当光源停止发射光束，“光栅”仍然存在。这种“光纤滤光器”有许多潜在的用途。首先，它们的光谱范围非常窄（在300cm的光纤范围内约为300MHz）；其次，可以在有限范围内（通过伸展光纤或改变其温度）调谐；利用该技术也可以将感兴趣的偏振特性记录在光纤中。(www.xing528.com)

另一类应用涉及制造出的光栅吸收谱线具有的色散特性。此应用中，可以使负群速色散形成在很方便的波长处，以便在没有外部延迟线情况下提供脉冲压缩。也可以提供一种实用的方法：通过连续消除由群速色散造成的脉冲畸变，从而补偿长距离光纤通信线路中累积的群速色散，因此极大地提高了通信带宽。

光敏性也可以视为二次谐波产生（Second Harmonic Genera-tion，SHG）（或倍频）的原因。利用Nd-YAG激光器发射的1.06μm脉冲激光，已经在单模光纤中观察到了这种现象^[5]（根据本章9.6节的讨论，在χ₂=0时）。在非结晶光纤中不应出现倍频。然而，如图9.25所示，倍频成分在10h内约增大到入射功率的3%。尽管可以认为是由于石英分子受到光学电场的“极化”（即有序处理）作用所致，但对（记录过程中）形成的确切机理并不真正清楚。实际上，两者都不是所理解的记录过程的一般性质。相信其原因是锗原子对石英晶格的影响，形成晶格“缺陷”或者“自由键（悬空键）”，从而捕获电子（F中心）。折射率取决于这些陷阱的占有情况，而占有情况取决于输入的光强度。光子可以将电子从其陷阱中逐出。然而，还有一些莫名其妙的性质，尚待实现完全定量化的理解。

图9.24　光纤形成光敏光栅的过程中反射率随时间增大