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            光纖光柵傳感器成柵方法

            光纖光柵制作方法中的駐波法及光纖表面損傷刻蝕法,成柵條件苛刻,成品率低,使用受到限制。主要的成柵有下列幾種。
            1)短周期光纖光柵的制作光纖光柵傳感器
            a)內部寫入法 內部寫入法又稱駐波法。將波長488nm的基模氛離子激光從一個端面耦合到鍺摻雜光纖中,經過光纖另一端面反射鏡的反射,使光纖中的入射和反射激光相干涉形成駐波。由于纖芯材料具有光敏性,其折射率發生相應的周期變化,于是形成了與干涉周期一樣的立體折射率光柵,它起到了Bragg反射器的作用。已測得其反射率可達90%以上,反射帶寬小于200MHZ。此方法是早期使用的,由于實驗要求在特制鍺摻雜光纖中進行,要求鍺含量很高,芯徑很小,并且上述方法只能夠制作布拉格波長與寫入波長相同的光纖光柵,因此,這種光柵幾乎無法獲得任何有價值的應用,很少被采用。用準分子激光干涉的方法,Meltz等人首次制作了橫向側面曝光的光纖光柵。用兩束相干紫外光束在接錯光纖的側面相干,形成干涉圖,利用光纖材料的光敏性形成光纖光柵。柵距周期由 ∧=λuv/(2sinθ)給出?梢,通過改變人射光波長或兩相干光束之間的夾角,可以改變光柵常數,獲得適宜的光纖光柵。但是要得到高反射率的光柵,則對所用光源及周圍環境有較高的要求。這種光柵制造方法采用多脈沖曝光技術,光柵性質可以精確控制,但是容易受機械震動或溫度漂移的影響,并且不易制作具有復雜截面的光纖光柵,這種方法使用不多。光纖光柵傳感器
            b)光纖光柵的單脈沖寫入 由于準分子激光具有很高的單脈沖能量,聚焦后每次脈沖可達J·cm-2,又發展了用單個激光脈沖在光纖上形成高反射率光柵。英國南安普敦大學的 Archambanlt等人對此方法進行了研究,他們認為這一過程與二階和雙光子吸收有關。由于光柵成柵時間短,因此環境因素對成柵的影響降到了最低限度。此外,此法可以在光纖技制過程中實現,接著進行涂覆,從而避免了光纖受到額外的損傷,保證了光柵的良好強度和完整性。這種成柵方法對光源的要求不高,特別適用于光纖光柵的低成本、大批量生產。
            c)相位掩膜法 [1]  將用全息干涉法制作好的玻璃相位掩模板置于光纖前,然后以248nm的紫外光通過相位掩模板,依靠相位掩膜板具有的壓制零級,增強一級衍射的功能。使得紫外光經過相位掩模板后后衍射到光纖上形成干涉條紋,寫入周期為掩膜板周期一半的Bragg光柵。這種成柵方法不依賴于入射光波長,只與相位光柵的周期有關,因此,對光源的相干性要求不高,簡化了光纖光柵,光纖光柵傳感器相位掩模法光纖光柵傳感器
            的制造系統。這種方法的缺點是制作掩膜復雜,且價格高昂。并且無法制作紫外波段的光纖光柵。 [1]  用低相干光源和相位掩膜版來制作光纖光柵的這種方法非常重要,并且相位掩膜與掃描曝光技術相結合還可以實現光柵耦合截面的控制,來制作特殊結構的光柵。該方法大大簡化了光纖光柵的制作過程,是2015年后國際上主流的用于制作光纖光柵的方法,也是截止至2019年唯一商用化的大批量光纖光柵制備方法。光纖光柵傳感器
            d)飛秒逐點寫入法 使用飛秒激光器作為光源,然后利用精密機械控制激光器運動位移,逐點寫入光柵,通過控制激光器的移動速度可寫入任意周期的光柵。這種方法在原理上具有最大的靈活性,對光柵可以任意進行設計制作。原則上,利用此方法可以制作出任意長度的光柵,也可以制作出極短的高反射率光纖光柵,但是寫人光束必須聚焦到很密集的一點,由于現有技術條件限制,此方法只能刻寫長度較短的光纖光柵,且很難刻寫高反。所以此方法主要用于刻寫一些需要在高溫、高輻射等特殊條件下使用的傳感光柵。
            2)長周期光纖光柵的制作光纖光柵傳感器
            a)金屬掩膜法 金屬掩膜法是制做長周期光纖光柵最常用的一種方法。實驗中采用的光纖為光敏光纖,PC為偏振控制器,AM為金屬振幅掩膜,使用CO2激光器照射數min后,可制成周期 60μm~1mm范圍內變化的光柵,這種方法對激光器與掩模板的要求極低。
            b)逐點寫入法 此方法是利用精密機械控制光纖運動位移,每隔一個周期曝光一次,通過控制光纖移動速度可寫入任意周期的光柵。這種方法在原理上具有最大的靈活性,對光柵的耦合截面可以任意進行設計制作。原則上,利用此方法可以制作出任意長度的光柵,也可以制作出極短的高反射率光纖光柵,但是寫人光束必須聚焦到很密集的一點,因此這一技術主要適用于長周期光柵的寫入。它的缺點是需要復雜的聚焦光學系統和精確的位移移動技術。由于各種精密移動平臺的研制,這種長周期光纖光柵寫入方法正在越來越多的被采用。

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