表面浮雕式光纖光柵特性的進一步討論

【摘要】表面浮雕式光纖布拉格光柵是用納米壓印技術在直徑10 μm的光纖上制成的.它是一種刻在光纖表面的光纖光柵.本文中，進一步研究表面浮雕式相移光柵及其與目前傳統的相移光柵相比較時所具有的優勢以及利用相移位置的改變造成等峰現象，同時開發它的一些新的應用.

【關鍵詞】布拉格光柵，微納光纖，光纖相移光柵

一、引 言

自從K.O.Hill在1978年發現光纖光敏性以后[1]，一種新型的光纖無源器件——光纖布拉格光柵出現在大家面前.光纖布拉格光柵（FBG）在最近的二十年在光通信和光傳感中扮演著重要的角色[2-4].一開始的時候，光纖布拉格光柵利用光纖材料的光敏性在光纖纖芯形成空間相位光纖光柵[5].然而，依賴于光纖光敏性的激光注入光纖擁有不少缺點.近些年來，聚焦離子束（FIB）技術開始被用來準備這種微納光纖布拉格光柵[6].

在筆者之前的論文中已經討論過關于表面浮雕式光纖光柵的特性[7].在本文中，利用這種用納米壓印的方法在微納光纖上制作的表面浮雕式光纖布拉格光柵[8]來制作相移光柵.下面的圖1顯示的就是表面浮雕式微納光纖布拉格光柵.

二、表面浮雕式相移光柵及其性能研究

表面浮雕式微納光纖布拉格光柵是用納米壓印技術制備的.在縱向方向上，光纖光柵的指數有一個周期性的改變.本文主要使用Matlab R2010a這個計算工具定義，分析以及解決這數目巨大的模型.對相移光纖光柵來說，需要在原有的Matlab計算布拉格光柵中加入一個相移矩陣Tk，設在第k個小光柵后有一個相移點，相移大小為π2，則該相移點就加在Tk和Tk-1之間，表示為

代入矩陣方程，得到相移光柵的轉移矩陣，然后通過矩陣可算得相移光柵的反射率.

三、結果與討論

下面是相移光纖光柵的反射譜相關模擬.光纖纖芯折射率為1.445 7，光纖包層折射率為1.437 8.圖2展示的是相移光纖光柵的反射譜.相移光纖光柵的反射譜主要特征是反射窗口中打開透射窗口，這樣使得光纖光柵具有高的選擇性.相移的位置在光纖光柵中間.我們可以使用納米壓印技術使得外面反射譜的帶寬變寬，而里面反射譜的帶寬變窄，這樣就具有更優越的波長選擇性.

在圖3中，我們把納米壓印技術制作的相移光纖光柵與傳統相移光纖光柵的反射譜進行對比.用納米壓印技術制作的相移光纖光柵的刻蝕深度分別為（a）200 nm和（b）400 nm.相移光纖光柵的長度為2毫米.phase mask那條線是傳統相移光纖光柵的反射譜.納米壓印技術制作的相移光纖光柵的反射譜是nanaimprint lithagraphy那條線.在圖3中，這個傳統相移光纖光柵的反射譜半最大值全寬度為2納米，同時反射譜中透過窗口的半最大值全寬度為0.2納米.在圖3中FWHM1的值為納米壓印技術制作相移光纖光柵反射譜的半最大值全寬度.同樣，FWHM2的值為納米壓印技術制作相移光纖光柵反射譜透射窗口的半最大值全寬度.正如從圖3中看到的那樣，納米壓印技術制作相移光纖光柵刻蝕深度越深，反射譜半最大值全寬度就越寬，反射譜中透射譜的半最大值全寬度就越窄.我們可以利用這一點來制備窄線寬激光器.基于納米壓印技術制作相移光纖光柵而制作的窄線寬激光器相對傳統相移光纖光柵而言擁有更優越的波長選擇性.

圖3傳統相移光纖光柵的反射譜與納米壓印技術制作的相移光纖光柵的對比圖，刻蝕深度分別為（a）200 nm和（b）400 nm

四、結 論

本文中繼續深入研究這種新型的光纖光柵.通過計算機模擬這種納米壓印制成的光纖相移光柵，研究出了一系列關于這種光纖光柵進行相移后的一些新的特性.通過這種研究，我們得到一些關于這種新型相移光纖光柵的特性以及利用這種特性得到的在傳感器和光通信以及激光波長選擇方面的潛在應用.這值得我們進一步進行探索和研究.

【參考文獻】

[1]K O Hill，Y Fujii，D C Johnson，B S Kawasaki.Photosensitivity in optical fiber waveguides：application to reflection filter fabrication[J].Appl.Phys.Lett，1978（10）：647.

[2]K O Hill，G Meltz.Fiber Bragg Grating Technology Fundamentals and Overview[J].J.Lightwave Technol，1997（8）：1263.

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[4]Wei Liang，Yanyi Huang，Yong Xu，Reginald K Lee，Amnon Yariv.Highly sensitive fiber Bragg grating refractive index sensors[J].Appl.Phys.Lett，2005（15）：151.

[5]Vasiliev S A.Photoinduced Fiber Gratings[J].SPIE，2001（4357）：1.

[6]Ming Ding，Michalis N Zervas，Gilberto Brambilla.A compact broadband microfiber Bragg grating[J].Opt.Express，2011（16）：15621.

[7]姚雷.表面浮雕式光纖光柵的新光學特性[J].徐州工程學院學報（自然科學版），2016（2）：46-49.

[8]Zhiwei Li，Yanni Gu，Lei Wang，HaiXiong Ge，ChangSheng Yuan.Hybrid Nanoimprint-Soft Lithography with Sub-15nm Resolution[J]，Nano Lett.，2009（6）：2306-2310.

[9]Othonos A，Lee X，Measure R M.Superimposed Multiple Bragg Gratings[J].Electron.Lett.，1994（23）：1972.