光纖光柵折射率調(diào)制機(jī)理精品資料

1、HHi海甲溥S4Mkk邑yGc2泄CD回H片拳障qTvr泄C田泮奇H奇言#JwS法RS奇乓命K言德SCD至*5m院T愈1,sQ前回0S5mPH者4M甲姿S信髓士言GCD2片院OW障甲EE-耳2院W院三半M姿由22J密姿2姿31叵O沌W所三建毋片TsW2T2S2可16a點(diǎn)回士式飛由瀟W灌所言4H,用WGe沌S學(xué)16些W海P前三浩W滯Ge丑白田士aW畜河研xz畛W駕奇沌瀟前WGCD2。CVNGe洲p己W莊丑24OnmOW前xz密A髭愈沌甲SOGes27莊者Ge場(chǎng)ujnp畜HW回髭*己#xzT耳甲甲g言耳場(chǎng)Acp源片片2吟院GesS氏三CD涵O2三士2wSaxzM涵德至爵2。X2。G()DC可以通過(guò)

2、488nm的雙光子作用電離缺陷中的電子該電子被附近的缺陷捕獲進(jìn)而生成新的缺陷此后,G(ODC成為研究的熱占八、71992年D.L_.Wiliams等人用紫外光昭八、射錯(cuò)含里為20nnol%的光纖觀察到20()350nm范圍內(nèi)的吸收譜在24：2nm附近減小在小丁20()nm處有明顯增加的吸收峰并且計(jì)算出1.6小m處折射率變化里達(dá)到1C-5數(shù)里級(jí)；同年,Atkins等人使用含錯(cuò)里較低(8m01%)的光纖，也/曰到類似的結(jié)論1993年Atkns等人將紫外光譜范圍下限擴(kuò)展到165inm并且觀察到吸收峰在19!5nm附近有明顯的增加1995年隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)L.Dong等人對(duì)紫外光誘導(dǎo)光纖材料的紫外

3、吸收譜變化做了系統(tǒng)的研究,首次通過(guò)165300nm范圍內(nèi)紫外吸收譜變化里計(jì)算出1.5mm處折射率強(qiáng)度變化達(dá)到10-4以上4最近C.L.Janer等人有新的研究表明G(DDC由兩部分組成:中性氧單空位(NO)MV)和中性氧雙空位(N(ODV）；這兩種缺陷均缺少錯(cuò)氧(Ge-O)鍵可以在24：3nm(5.1eV)附近形成紫外吸收峰有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明纖芯中硅錯(cuò)錯(cuò)鍵(Ge-Si)的含量很少可以略去不計(jì)因此G()DC中不考慮硅原子的存在同時(shí)中性氧單空位(N()MV)和中性氧雙空位(NO)DV)的原子模型如圖1所示6目刖普遍肯的是N()MV的原子模型如圖1所示而NO)DV的原子模型較為復(fù)雜圖中采用的模型是由Ts

4、ai等人提出的8確使用這樣的模型是結(jié)合光化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物含量比例反推出的較為合理的原子模型同時(shí)光纖光柵制作過(guò)程中的光化學(xué)反應(yīng)方程式為紫外光譜可以分解為若十高斯函數(shù)(Gauss)的組合式(4)中ai表示紫外波段相應(yīng)中心頻率下的紫外吸收系數(shù)Bi表示吸收峰值的1/e值處對(duì)應(yīng)的帶寬C表示光速9從式(4)看出折射率強(qiáng)度的改變主要和光纖纖芯的紫外吸收光譜有關(guān)纖芯紫外吸收譜的改變會(huì)影響紅外區(qū)域內(nèi)相應(yīng)波長(zhǎng)(如通信常使用波長(zhǎng)1550nm)的折射率大小也有學(xué)者認(rèn)為N()DV應(yīng)該是錯(cuò)孤對(duì)中心(GI_PC)如圖2所示這樣所引起的光化學(xué)反應(yīng)將會(huì)有很大不同綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿直結(jié)果6證實(shí)圖1所示的原子構(gòu)更準(zhǔn)確同時(shí)實(shí)驗(yàn)證實(shí)吸收紫

5、外光子后石-Mr央材料整體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化也就形成了另一個(gè)新的緊縮(密致)模型1()1.2緊縮(密致)模型密致模型是在1990年首次被Bernardin和La-vandy提出的但是直到19194年Cordier等人才用實(shí)驗(yàn)直接證明密致化在光柵的形成過(guò)程中確實(shí)存在1密致模型認(rèn)為折射率周期性變化的原因是光纖吸收紫外光后纖芯的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化被光昭八、射的部分密度變大導(dǎo)致纖芯體積發(fā)生改變從而引起折射率的變化通過(guò)Lorejntz-_orenz關(guān)系臺(tái)匕北夠/曰到折射率和體積變化的關(guān)系為:其中:n代表光纖纖芯的折射率V為對(duì)應(yīng)纖芯的體積R代表光柵的反射率1通過(guò)式(5)可以看出石-Mr央玻璃體積和反射率都引起折射率

6、的改變?cè)诠饫w光柵制作過(guò)程中E.M.Dianov等人通過(guò)喇曼譜證實(shí)光纖在被紫外光昭八、射后光纖纖芯中高階Si-O-Si(Ge)-O環(huán)減少同時(shí)低階環(huán)(二到四階)增加這表明石-Mr央玻璃結(jié)構(gòu)中由丁高階環(huán)受到碰撞裂變?yōu)槎A環(huán)或者三階環(huán)時(shí)加從而提高了石-Mr央玻結(jié)構(gòu)確實(shí)發(fā)生變化有密1()。當(dāng)然包層的結(jié)但是由丁包層缺陷濃度率改變里與纖芯相比可P.Y.Fonjallaz等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)時(shí)光纖纖芯和包層內(nèi)1。根據(jù)彈光效應(yīng)可纖纖芯的折射率為此結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力作為影的一個(gè)重要因素。綜上心模型、密致化模型和纖芯的折射率這二種的影響程度與光纖參雜理過(guò)程和紫外光源類型2氫載光纖光敏性機(jī)理目刖商業(yè)化使用的普通低通過(guò)色心模型分析

7、使其折射率調(diào)制強(qiáng)度達(dá)石央玻璃的密度會(huì)增璃的折射率說(shuō)明纖芯致、緊縮的現(xiàn)象出現(xiàn)構(gòu)也發(fā)生了一些變化較低因此產(chǎn)生的折射以略去不計(jì)。1995年表明在制作光纖光柵側(cè)之問(wèn)的應(yīng)力會(huì)增加知應(yīng)力增加會(huì)減小光我們需要將光纖芯包響光纖纖芯折射率變化所述目刖普遍認(rèn)為色彈光效應(yīng)共同影響光纖因素對(duì)折射率調(diào)制強(qiáng)度的濃度、是否進(jìn)行預(yù)處密切相關(guān)。單模光纖其光敏性很得出248nm紫外光源可以到10-5數(shù)量級(jí)不能滿足對(duì)光纖光柵反射率強(qiáng)度的最低要求通過(guò)密致化模型分析/曰出其折射率調(diào)制強(qiáng)度數(shù)里級(jí)達(dá)到10-4雖然比色心模型高了一個(gè)數(shù)里級(jí)但是仍然不臺(tái)匕北滿足目刖的實(shí)際需求因此出現(xiàn)了很多增強(qiáng)光纖光敏性的方法其中最行之有效的方法要數(shù)在低溫高壓環(huán)

8、境下氫載光纖。這種方法操作相對(duì)簡(jiǎn)單可以將折射率調(diào)制強(qiáng)度提高到10-3數(shù)量級(jí)還可以減小制作光柵時(shí)所使用的紫外光脈沖的能量密度、縮短制作時(shí)問(wèn)可見(jiàn)采用氫載的方法制作光柵帶來(lái)了很多優(yōu)勢(shì)由丁有氫氣分子的參與在氫載光纖中研究影響折射率變化的因素更復(fù)雜Lemaire認(rèn)為氫載光纖折射率變化的原因主要有二種:形成羥基群、形成大里GeE，缺陷中心和光纖材料密致化122經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究13-15普遍認(rèn)為氫載光纖在制作光柵過(guò)程中發(fā)生如下反應(yīng):式(7)中T表示Ge或者Si。式雖然是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程但是包含多個(gè)光致化學(xué)變化GeOD(可以看作是刖文中提到的N(DDV吸收紫外光子后形成的一種產(chǎn)物。從上述光化學(xué)反應(yīng)方程式中可以看出氫氣分子在光化用氫氣在紫外光的激氧缺陷中心發(fā)生化學(xué)反物、羥基化合物和深臺(tái)匕北增加會(huì)引起光纖纖芯的這些因素共同影響光纖度其中密致化所引級(jí)為10-4羥基濃度增加里數(shù)里級(jí)也為10-4最大的就是GeE中心缺率調(diào)制強(qiáng)度至少在10-3氫載光纖具有強(qiáng)光敏性射后可以生成大里深臺(tái)匕北研究氫載光纖制作光纖人提出的鎖氫載光纖制作之刖用一強(qiáng)度光纖隨后將昭八、射后天排出光纖中殘留的膜板的方法制作光纖光用這種方法制成的光柵學(xué)反應(yīng)中起催化劑的作勵(lì)下同光纖中存在的錯(cuò)應(yīng)生成較穩(wěn)的氫化級(jí)缺陷中心。羥基濃度體積膨脹、密度增加光柵的折射率調(diào)制強(qiáng)起的折射率增