CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究

朱涛; 史翠华; 饶云江; 郑建成

doi:10.7498/aps.58.6316

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摘要
理论分析了利用高频CO2激光脉冲在不同类型光纤中写入长周期光纤光栅（LPFG）时光纤包层和纤芯发生折射率改变的机理和计算方法.结果表明，残余应力释放、快速固化、光纤致密化和熔融变形是高频CO2激光能成栅的主要原因，但采用不同的写入方法、不同的激光写入能量在不同的光纤类型上制作光栅时各种机理的重要性不同.利用长周期光纤光栅对构成的M-Z干涉仪实验测量了高频CO2激光以不同辐射能量在光纤不同作用位置所引起的光纤纤芯或包层的折射率平均变化量，并通过实际制作光栅的过程来初步验证光纤折射率的变化情况.CO2激光与光纤相互作用机理的分析和实验研究为利用这种方法制作折变型全光纤器件提供了实验制作的基础和完善工艺的方法.

关键词:
光纤器件 /

长周期光纤光栅 /

CO2激光脉冲 /

折变
Abstract
The mechanism of refractive index change of long period fiber gratings （LPFGs） induced by high frequency CO2 laser pulses is investigated in theory and by experiment. It is found that the release of residual stress, rapid solidification, fiber densification and fusion distortion are discovered to be the main mechanisms of formation of this kind of gratings. The above four mechanisms play different roles when different fibers, different scanning methods and the different laser power were used in the process of LPFG fabrication. The average refractive index changes of the core and cladding were measured by using M-Z interferometer formed by LPFG pair in this paper, which provides the experimental basis for fabricating all-fiber devices.

Keywords:
optical fiber components /

long period fiber grating /

CO2laser pulses /

refractive index change
作者及机构信息
朱涛²,

史翠华¹,

饶云江²,

郑建成³

(1)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044; (2)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054; (3)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054；香港城市大学电子工程系，香港

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60807019），重庆市自然科学基金（批准号：CSTC2008BB2165），教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：NCET-08-0602）和重庆大学优秀骨干教师基金资助的课题.
Authors and contacts
Zhu Tao²,

Shi Cui-Hua¹,

Rao Yun-Jiang²,

Chiang Kin-Seng³

(1)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044; (2)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054; (3)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054；香港城市大学电子工程系，香港
参考文献

施引文献

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[15]	董小伟, 冯素春, 鲁韶华, 许鸥, 简水生. 两平行长周期光栅耦合器型上下话路滤波器的研究. 物理学报, 2007, 56(12): 7039-7045. doi: 10.7498/aps.56.7039
[16]	梁艳梅, 周大川, 孟凡勇, 王明伟. 一种新型的专用于光学相干层析系统的宽带光纤光源. 物理学报, 2007, 56(6): 3246-3250. doi: 10.7498/aps.56.3246
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CO2激光写入长周期光纤光栅的折变理论及实验研究

1. (1)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044; (2)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054; (3)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054；香港城市大学电子工程系，香港

基金项目: 国家自然科学基金（批准号：60807019），重庆市自然科学基金（批准号：CSTC2008BB2165），教育部新世纪优秀人才支持计划（批准号：NCET-08-0602）和重庆大学优秀骨干教师基金资助的课题.

收稿日期: 2008-12-05

修回日期: 2009-01-04

刊出日期: 2009-09-20

摘要: 理论分析了利用高频CO2激光脉冲在不同类型光纤中写入长周期光纤光栅（LPFG）时光纤包层和纤芯发生折射率改变的机理和计算方法.结果表明，残余应力释放、快速固化、光纤致密化和熔融变形是高频CO2激光能成栅的主要原因，但采用不同的写入方法、不同的激光写入能量在不同的光纤类型上制作光栅时各种机理的重要性不同.利用长周期光纤光栅对构成的M-Z干涉仪实验测量了高频CO2激光以不同辐射能量在光纤不同作用位置所引起的光纤纤芯或包层的折射率平均变化量，并通过实际制作光栅的过程来初步验证光纤折射率的变化情况.CO2激光与光纤相互作用机理的分析和实验研究为利用这种方法制作折变型全光纤器件提供了实验制作的基础和完善工艺的方法.

关键词:

Theory and experiment of refractive index change of long-period fiber grating induced by CO2 laser pulses

1.
(1)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044; (2)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054; (3)重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；电子科技大学通信与信息工程学院宽带光纤传输及通信网络技术教育部重点实验室，四川 610054；香港城市大学电子工程系，香港

Received Date: 05 December 2008

Accepted Date: 04 January 2009

Published Online: 20 September 2009

Abstract: The mechanism of refractive index change of long period fiber gratings （LPFGs） induced by high frequency CO2 laser pulses is investigated in theory and by experiment. It is found that the release of residual stress, rapid solidification, fiber densification and fusion distortion are discovered to be the main mechanisms of formation of this kind of gratings. The above four mechanisms play different roles when different fibers, different scanning methods and the different laser power were used in the process of LPFG fabrication. The average refractive index changes of the core and cladding were measured by using M-Z interferometer formed by LPFG pair in this paper, which provides the experimental basis for fabricating all-fiber devices.

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