光纖Bragg光柵（FBG）是在光纖纖芯中引入周期性折射率調(diào)制而形成的窄帶濾波器件，其周期為幾百納米到幾微米。FBG能對(duì)特定的波長(zhǎng)進(jìn)行反射，該特定波長(zhǎng)滿足Bragg諧振條件，與光柵的折射率調(diào)制量及周期成正比，被稱為Bragg中心波長(zhǎng)。FBG是光信息領(lǐng)域的重要器件，在光纖通信（濾波器、色散補(bǔ)償器）、光纖傳感（溫度、應(yīng)變、壓力、振動(dòng)傳感器）和光纖激光器（反射腔鏡、分布反饋腔、脈沖展寬/壓縮器）中得到了廣泛應(yīng)用。
一支FBG于1978年由加拿大通信研究中心的K.O.Hill研制。Hill首次發(fā)現(xiàn)了摻鍺石英光纖中的光敏性，并采用駐波法制備出FBG作為氬離子激光器的反射鏡。駐波法制備光柵的中心波長(zhǎng)與光源的波長(zhǎng)相等，不能靈活選擇需要的反射波長(zhǎng)，此外激光直接誘導(dǎo)的纖芯折射率變化量較小，需要制備幾十厘米甚至米量級(jí)的光柵提高反射率，影響了FBG的實(shí)用化。經(jīng)過十多年的發(fā)展，到1993年，人們逐步開發(fā)了全息干涉法、相位掩模法和直寫法進(jìn)行光柵刻寫，實(shí)現(xiàn)了靈活的波長(zhǎng)選擇，幾乎能制備任意中心波長(zhǎng)的FBG；同時(shí)也發(fā)展了纖芯重?fù)芥N和高壓載氫等紫外增敏技術(shù)，提高了柵區(qū)的折射率變化量，使FBG的反射率靈活可控，為光纖光柵的大規(guī)模制備和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
另外，隨著超快激光器的進(jìn)步，人們獲得了具有超高峰值功率的材料加工利器——飛秒激光器，并很快被應(yīng)用到了光纖光柵的制備中。
1999年，日本科學(xué)家第一次將飛秒激光器用于長(zhǎng)周期光纖光柵的刻寫，開啟了飛秒刻?hào)诺拇箝T。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，到2004年，飛秒直寫法和飛秒相位掩模法制備光纖光柵技術(shù)逐步完善，并受到越來越多科研院所的關(guān)注。近年來，隨著飛秒激光器和飛秒刻?hào)偶夹g(shù)的進(jìn)一步成熟，飛秒刻?hào)乓查_始步入實(shí)用化開發(fā)和應(yīng)用階段。
兩者最大的區(qū)別是形成柵區(qū)折射率變化的機(jī)制完全不同。
紫外刻?hào)?/span>采用的光源是納秒脈沖的準(zhǔn)分子或固體激光器，光纖需要經(jīng)過載氫或重?fù)诫s形成色心能級(jí)以提高紫外光敏性，纖芯被紫外光照后會(huì)發(fā)生線性吸收，引起折射率變化，被稱為光折變效應(yīng)。紫外光折變形成的柵區(qū)結(jié)構(gòu)在超過300℃的高溫下并不穩(wěn)定，會(huì)逐漸被漂白失去效果。
飛秒刻?hào)?/span>一般采用近紅外的飛秒激光器，光纖也不需要特殊處理。雖然單個(gè)紅外光子能量比紫外光子能量低得多，無法在光纖內(nèi)誘發(fā)線性吸收過程，但飛秒脈沖具有超高的峰值功率，經(jīng)過透鏡聚焦后能量密度進(jìn)一步提升，很容易在光纖內(nèi)引起非線性吸收，即同時(shí)吸收多個(gè)光子發(fā)生能級(jí)躍遷，形成折射率變化。當(dāng)入射脈沖能量較低時(shí)，非線性吸收使材料局部迅速熔化并凝固產(chǎn)生折射率改變，由此形成的光柵并不具備高溫穩(wěn)定性，被稱為Type I型光柵；當(dāng)脈沖能量較高，超過材料損傷閾值后，能產(chǎn)生等離子爆炸形成永久性的折射率改變，使光柵結(jié)構(gòu)具備長(zhǎng)期的高溫穩(wěn)定性，被稱為Type II型光柵，其能承受的溫度上限可達(dá)到光纖的軟化溫度，對(duì)于石英光纖約1000℃，對(duì)于藍(lán)寶石光纖為2050℃。
相對(duì)于紫外光柵，飛秒光柵具備如下優(yōu)勢(shì)：
1、光柵結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，耐高溫、耐輻射，適用于極端環(huán)境應(yīng)用；
2、制備工藝更簡(jiǎn)單，光纖不需要敏化處理，也不用去除涂覆層，飛秒激光可直接透過丙烯酸酯或聚酰亞胺涂層刻寫，成柵后的機(jī)械強(qiáng)度高、可靠性好；
3、光纖類型更多樣，除了普通石英光纖，飛秒激光還可在純石英光纖、藍(lán)寶石光纖、微結(jié)構(gòu)光纖、聚合物光纖、中紅外光纖等特種光纖中刻寫光柵。
來源：激光制造網(wǎng)
