什么是光纖布拉格光柵

本文介紹了什么是光纖布拉格光柵。

我們將深入探索一種器件——光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating, FBG） 普通光纖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由纖芯和包層構(gòu)成，其中纖芯的折射率稍大于包層，確保光在適當(dāng)條件下沿纖芯內(nèi)部全反射 ?

我們知道，光能在光纖中傳輸，本質(zhì)上是我們?nèi)藶榈臉?gòu)建纖芯與包層的折射率差，從而當(dāng)光以一定的角度射入光纖時(shí)，發(fā)生全反射。事實(shí)上，不同波長的光在特定折射率比值下表現(xiàn)各異，部分光會發(fā)生折射進(jìn)入包層，而非全部保持在纖芯內(nèi)。

這是原因光波長是一個(gè)范圍值，在一定折射率比值下，有的波長發(fā)生折射，有的波長發(fā)生反射。 ? 那么，我們是否可以設(shè)計(jì)一種光纖，讓它能夠選擇性地反射特定波長的光，同時(shí)讓其他波長的光透射（折射）出去呢？？ ?

當(dāng)然是可以的，這就是光纖布拉格光柵，F(xiàn)iber Bragg Grating, FBG。即通過周期性調(diào)制光纖纖芯的折射率，使得特定波長的光在光纖中發(fā)生反射，從而篩選出特定的光信號，并透射其他波長的光。這就引出了我們今天的主角——光纖布拉格光柵。 ? 布拉格光柵長成如下這樣的（示意圖）。 ?

這里的光柵周期（相鄰兩個(gè)折射率調(diào)制單元之間的距離）是特定設(shè)計(jì)的，當(dāng)光柵周期約為入射光波長的一半時(shí)，所有反射光相干組合成一束具有特定波長的強(qiáng)反射。用公式表達(dá)為： ? 2n?Λ=λBragg ? 其中，n 是其有效折射率；Λ?是光纖布拉格光柵的周期，即相鄰兩個(gè)折射率變化的間隔長度；λBragg 是反射光的波長，即布拉格波長。 ? 為了直觀的呈現(xiàn)，我們?nèi)∩厦媸疽鈭D中布拉格光柵中的一截（一維），如下。 ?

我們可以用“光學(xué)篩子”來比喻光纖布拉格光柵，選擇性地讓特定波長（也就是“粒徑”合適）的光“卡”在光柵結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)反射或透射。光纖布拉格光柵濾波器就是利用這個(gè)原理，在DWDM波分系統(tǒng)中與環(huán)行器或其他隔離組件配合，用作分合波器或者波長上下路。 ?

此時(shí)光柵的周期Λ是均勻的。跟上一篇文章“”制作的濾波器類似，但這兩者存在顯著差異。 ?

在薄膜中，濾光片的折射率的變化是不連續(xù)的。?而在布拉格光柵中，折射率的變化是連續(xù)的，而且要小得多。另一個(gè)跟介質(zhì)薄膜用作濾波器時(shí)不太一樣的地方：介質(zhì)薄膜濾波器是反射所有波長，如下圖，而光纖布拉格光柵是反射具有明顯波長的波，透射除了其他波（如上上一個(gè)圖）。 ?

在上面的濾波器，包括用光纖光纓制作成GFF時(shí)，它的光柵周期Λ是均勻的。當(dāng)然，這個(gè)周期Λ的長度可以是均勻也可以是不均勻的，比如說布拉格光纖光柵用于色散補(bǔ)償時(shí)，光柵周期是不同的間距。 ? 另外，折射率 n 和光柵周期 Λ 也受溫度和應(yīng)變力的影響。因此，光纖布拉格光柵的一個(gè)重要用途是制作傳感器，如：應(yīng)變傳感和溫度傳感。 ?

具體來說，如上圖，當(dāng)FBG受到拉伸或者壓縮時(shí)，光纖會隨之發(fā)生形變，導(dǎo)致光柵周期?Λ?的長度發(fā)生改變（拉伸時(shí)增大，壓縮時(shí)縮短）。這種周期長度的變化會影響布拉格波長（λBragg）。

審核編輯：黃飛