一种改变光纤光栅布喇格波长的有效方法

　　O引言

　　光纤光栅在传感与通信领域均有着广泛的应用.在传感领域，它可用于温度、应变、压力、加速度以及水声信号测量等，在光纤通信领域，它可用于光纤激光器、色散补偿、增益平坦、上下载复用/解复用等.在很多应用场合，往往对光纤光栅的工作波长有着较为严格的要求，例如用于线型腔光纤激光器，需要两个光纤光栅的工作波长完全相同.然而，目前采用相位掩模法写制光纤光栅还无法精确控制其工作波长.由于在写人过程中不可避免地会引入应力，无法保证每次写人过程中光纤应变完全相同，因此同一块模板也不能保证每次写出的光栅具有相同的工作波长.另外，在载氢光纤上写制的光纤光栅在使用之前要经过高温退火，而高温退火会导致光纤光栅的工作波长发生移动，因此，对载氢光纤光栅的工作波长的控制就更为困难.本文报道了一种改变光纤光栅工作波长的有效方法.写于载氢光纤上的光纤光栅经过高温退火后，采用紫外光源对其进行均匀曝光，不但能够有效改变光纤光栅的工作波长，而且还可以提高其反射率.通过控制曝光量的大小，可以根据需要有效控制光纤光栅的布喇格波长移动.此方法简单易行，具有实用价值.

　　1实验结果与讨论

　　实验所用光纤为康宁28单模光纤.先将光纤在140个大气压、70℃条件下载氢7天，取出光纤后采用相位掩模法写制光纤光栅.成栅光源为193nm激基分子激光，利用柱面透镜于相位模板前对激光光束进行会焦，会焦后的写人光能量密度为265mJ/.光纤光栅写好后，将其在150C条件下退火6小时.经高温退火后，再利用193nm激基分子激光对光纤光栅均匀曝光处理.激光重复频率2Hz，照射于光纤光栅上的能量密度为313mJ/.曝光过程中，发光二极管发出的光人射光纤光栅，经光纤光栅透射后进人光谱分析仪，用光谱分析仪实时监测光纤光栅的布喇格波长变化.

　　光纤光栅的布喇格波长随曝光脉冲数目的变化情况如图1所示.随着曝光脉冲数目的增多，光纤光栅的工作波长向长波方向移动.曝光520个脉冲以后，光纤光栅的布喇格波长移动了0.4nm.从图1中曲线趋势可以看出，进一步增加曝光时间，光纤光栅波长还将继续“红移”.我们还发现，光纤光栅工作波长“红移”的同时，其透射损耗(即反射率)显著增大，曝光前和曝光不同时刻光纤光栅的透射谱如图2所示.

　　光纤光栅的布喇格波长与光栅区域的平均折射率有关.由于紫外曝光使得整个光纤光栅区域的折射率增大，因此，光纤光栅的布喇格波长因均匀曝光而发生“红移”.光纤光栅的反射率大小与光栅区域的折射率调制深度相联系.光纤光栅反射率的增加，预示着光纤光栅区域折射率调制深度的增大.根据文献9，紫外曝光能够使得载氢光纤的光敏性增强.光纤光栅的形成，即是紫外光经相位掩模后的士1衍射光干涉形成的周期性亮暗条纹对光纤曝光所致.亮条纹处光纤折射率增大，形成折射率的周期调制，而折射率增大处的光纤光敏性亦因曝光而增强.当高温退火处理后对其再次均匀曝光时，虽然整个曝光区域的折射率均有所增大，但因折射率大处(光栅写人时其曝光量大)的光敏性强，其折射率的增大更显著，因此，折射率调制深度增大，导致光纤光栅的反射率增大.