Волоконная решетка представляет собой разновидность дифракционной решетки, образованной посредством аксиальной периодической модуляции показателя преломления сердцевины волокна посредством определенного метода, и представляет собой устройство пассивного фильтра. Поскольку волоконная решетка имеет преимущества небольшого размера, низких потерь при сращивании, полной совместимости с оптическими волокнами и возможности встраивания интеллектуальных материалов, а ее резонансная длина волны более чувствительна к изменениям внешней среды, таким как температура, деформация, показатель преломления, и концентрации, он используется в оптоволоконной связи, и поле восприятия широко используется.
Оптические волокна используются в суровых условиях. Основные причины повреждений включают водородное повреждение сердцевины волокна и повреждение структуры волокна, вызванное лучами. Чтобы избежать возникновения вышеупомянутой ситуации, необходимо специально обработать структуру и состав оптического волокна. Исследования показали, что водородный элемент реагирует с ионами в сердцевине волокна, разрушая структуру сердцевины волокна, что приводит к увеличению потерь при передаче; в то время как излучение передает энергию, заставляя внешние электроны атомов в сердцевине волокна претерпевать переходы, что приводит к ухудшению характеристик волокна. ухудшение. Чтобы избежать возникновения вышеупомянутой ситуации и уменьшить наносимый ею ущерб, необходимо использовать оптические волокна со специальными структурами или материалами. Исследования показали, что использование оболочки, легированной фтором, и сердцевины из чистого кремнезема может значительно снизить потери водорода и радиационные эффекты.
Однако это неизбежно вызовет новые проблемы, то есть решетка оптического волокна, подготовленная в вышеупомянутой сердцевине оптического волокна, используется в условиях высоких температур, высокого давления и высокой коррозии в нефтяных скважинах, атомных электростанциях и космическом пространстве. вызывая необратимое повреждение и передачу. Убыток увеличивается. Поскольку традиционный метод подготовки волоконной решетки основан на методе воздействия эксимерного лазера для изготовления волоконной решетки, сердцевина используемого волокна должна иметь высокую светочувствительность, а сердцевина волокна должна быть легирована элементами германия и бора. Однако сердцевина из чистого диоксида кремния не обладает светочувствительностью, и традиционные методы не могут быть использованы для изготовления волоконных решеток.
Новый тип технологии изготовления волоконной решетки на основе фемтосекундного лазера хорошо решает указанные проблемы. Использование фемтосекундной лазерной технологии позволяет использовать преимущества фемтосекундного лазера с высокой мгновенной энергией, нетепловой обработкой и высокой точностью обработки. Структура системы показана на рисунке выше. Используя фемтосекундный лазер с длиной волны 800 нм, после формирования луча он фокусируется на сердцевине волокна после фокусировки линзой объектива микроскопа. Поскольку невозможно непосредственно наблюдать, находится ли фокусное положение в сердцевине волокна, необходимо судить о фокусном положении, наблюдая за обращенным назад ПЗС и наблюдая за формой обращенного назад светового пятна. В то же время, подключив широкополосный источник света и спектрометр, он может отслеживать изменения спектра во время подготовки решетки в режиме реального времени и судить о подготовке решетки.
Изготовление волоконных решеток с помощью фемтосекундной лазерной технологии по сравнению с традиционными методами позволяет не только изготавливать решетки на нефоточувствительных волокнах, таких как волокно из чистого кремнезема, фторидное волокно и т. Д., Но также имеет другие преимущества. Во-первых, подготовка фемтосекундного лазера не требует использования фазового шаблона, поэтому можно избавиться от ограничений, связанных с фазовым шаблоном. Теоретически могут быть изготовлены волоконные решетки с любой длиной волны отражения, например, волоконные решетки 2 мкм и 3 мкм могут быть изготовлены на фторидных волокнах; во-вторых, 800 нмфемтосекунд. Лазер может проникать через слой покрытия (акрилат, полиимид и т. д.) оптического волокна, поэтому нет необходимости снимать слой покрытия оптического волокна во время процесса изготовления сетки, что значительно повышает прочность подготовленную волокнистую решетку. Что еще более важно, волоконные решетки, изготовленные из эксимера, не выдерживают высоких температур. Когда температура превышает 150 ° C, характеристики волокна начинают ухудшаться, а решетки, изготовленные с помощью фемтосекундных лазеров, могут выдерживать температуры до 1000 ° C и могут использоваться в условиях высоких температур.
Таким образом, появление технологии изготовления волоконных решеток с помощью фемтосекундного лазера в значительной степени решило проблему применения технологии измерения волоконных решеток в различных суровых условиях. Волоконные решетки, применяемые в нефтегазовой отрасли, должны быть устойчивы к потере водорода, а во многих случаях также должны выдерживать высокие температуры до 300 ° C; в области волоконных лазеров в системах волоконных лазеров 2 мкм и 3 мкм необходимо использовать фторидные волоконные решетки; на атомных электростанциях. В лучевой среде, такой как космическое пространство, волоконные решетки должны выдерживать высокую энергию луча. В этих особых суровых условиях волоконные решетки, изготовленные с помощью фемтосекундных лазеров, могут соответствовать всем особым требованиям, что значительно расширяет области применения технологии измерения с помощью волоконных решеток.