用准分子器搭建光纤布拉格光栅（FBG）制造系统
1. 光纤布拉格光栅（FBG）基本知识
1978 年，Ken Hill 演示了第一个光纤布拉格光栅。最初，光栅是使用沿光纤纤芯传播的可见激光制作的。1989 年，Gerald Meltz 及其同事演示了更加灵活的横向全息刻印技术，其中激光照明来自光纤侧面。该技术利用紫外激光的干涉图样来创建光纤布拉格光栅的周期性结构。
图1：光纤纤芯有效折射率的周期性调制
光纤布拉格光栅 (FBG) 是一种分布式布拉格反射器，构建在一小段光纤中，可以反射特定波长的光并透射所有其他波长。这是通过使光纤纤芯的折射率产生周期性变化来实现的，从而产生特定波长的介质镜。因此，光纤布拉格光栅可以用作内置光学滤波器来阻挡某些波长，可以用于传感应用，也可以用作特定波长的反射器。
图2：当宽带光发射到带有光纤布拉格光栅的光纤中时，只有一种颜色的光会被反射，其他颜色的光则会在光纤中传输
2. 光纤布拉格光栅（FBG）主要应用
- - 光通信-光纤布拉格光栅是现代光通信网络的关键。它们广泛应用于WDM网络（波分复用）和光纤激光器
- - 光学传感器：基于光纤布拉格光栅的光学传感器通常用于测量恶劣环境下的温度和应变，以及结构健康监测
以下为光纤布拉格光栅作为光学传感器的实际应用例子：
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全尺寸螺旋桨 |
自感应电机 |
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图3：每个叶片上粘贴了 67 |
图4：在转子上布置传感器 |
在上列应用中，FBG是多参数同时测量的重要手段：
- - 温度Temperature
- - 扭矩/应变Torque/Strain
- - 振动Vibration
- - 转子转速Rotor speed
- - 转子位置Rotor position
3. 采用准分子器搭建光纤布拉格光栅（FBG）制造系统的例子
图5：采用准分子器搭建光纤布拉格光栅（FBG）制造系统的结构
● 光敏光纤：当光纤纤芯暴露于图案化紫外光下时，其折射率可以进行调制
光纤的光致折射率变化的光敏性主要表现在244nm紫外光的错吸收峰附近，因此成栅光源都是紫外光。
● 准分子激光器：产生248nm的紫外光
大部分成栅方法是利用激光束的空间干涉条纹，所以成栅光源的空间相干性特别重要。目前，主要的成栅光源有准分子激光器。窄线宽准分子激光器、倍频Ar离子激光器、倍频染料激光器、倍频OPO激光器等，根据实验结果，窄线宽准分子激光器是目前用来制作光纤光栅最为适宜的光源。它可同时提供193nm（气体介质ArF）和248nm（气体介质KrF）两种有效的写入波长并有很高的单脉冲能量，可在光敏性较弱的光纤上写入光栅并实现光纤光栅在线制作。
● 平柱面透镜：用于将激光束聚焦到相位掩模版上
● 相位掩模版：创建干涉图样并将其印制到光敏光纤上
相位掩模版用于在暴露于紫外光束时产生干涉图案，从而引起光纤芯折射率的调制。
图6：相位掩模版技术
参考Reference：
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