光纖的光敏性特點

大部分光纖光柵時用摻Ge的石英光纖製成的。摻Ge的石英光纖由於其優良效能和低的生產成本，已被廣泛的應用於光通訊和光感測領域。絕大多數的光纖光柵正是用的這種常規的標準光纖製成的。用常規光纖做成的光纖光柵便於與光纖網路連線，具有良好的匹配性。

紫外鐳射導致的石英光纖的光敏性具有以下幾個值得注意的特徵：

1）依賴於Ge的摻雜。石英光纖的光敏性與所參入的GeO含量緊密相關。Ge摻雜用來提高纖芯的有效折射率，形成折射率波導。在純石英纖芯和較低折射率包層構成的光纖中，很難觀察到光敏性，而在高摻濃度摻Ge的光纖中測到了很高的光敏性。實際上，人們開發了具有高光敏性的特種光纖，這種光纖中的Ge的摻雜濃度比常規的單模光纖要高出很多。

2）紫外鐳射輻照條件。在光纖光柵的製作中，特定波長的紫外輻射是必不可缺的。人們詳細研究了摻Ge石英的紫外吸收光譜特性，發現在195nm，242nm，256nm三個紫外波段的輻照具有較高的光敏性。在這些波段已經有成熟的鐳射器可使用，如ArF準分子鐳射器（193nm），倍頻Ar離子鐳射器（244m），KrF準分子鐳射器（248。5nm）和倍頻銅蒸汽鐳射器（256nm）。

3）光敏性與紫外鐳射強度和輻照劑量的關係。研究表明。在100mj/cm²/pulse量級的低強度紫外輻照下，折射率隨著紫外光的強度和累計輻照劑量單調的增加。這種強度的紫外鐳射通常用於獲得10⁻⁴~10⁻³的折射率增量，這個鐳射強度範圍獲得光敏性為Ⅰ型光敏性。

折射率的增長率隨輻照的增長而逐漸降低，趨於飽和；繼續延長曝光時間還會導致折射率回落。同時，折射率調製也發生類似的變化，並在某一累計劑量下週期性的小時，繼續曝光將產生負的△n的值。當紫外鐳射輻照能量很高時，單個脈衝就可能會產生相當大的折射率變化，以至於接近10⁻²，這就足以形成一個光柵。這樣的光柵成為Ⅱ型光柵。

4）熱穩定性和長期穩定性。雖然紫外鐳射導致的折射率改變是永久性的，但是其長期穩定性和熱穩定性是實際應用十分關注的問題。在上述的三種類型光敏性中，Ⅱ型是最穩定的，Ⅰ型是嘴不穩定的，ⅡA型介於兩者之間。光敏性的這些性質被認為與物質內部的不同機制相關的。在Ⅱ型光敏性中，高強度鐳射在纖芯材料中引入的某種物理損傷，而在Ⅰ型光敏性中，電子態的缺陷起主要的作用。雖然如此，Ⅰ型光敏性仍然是在實際光纖光柵的製備中使用最多的型別，因為其易於實施，且易於品質控制。人們發現，光纖光柵的長期穩定性可以通過後期工藝提高，如退火和無橫模輻照。

5）載氫增敏化。在光敏性機制研究的同時，人們做了很多努力來提高其敏感性，如透過硼，磷，錫等元素與Ge共摻，過火焰技術等。載氫增敏是最重要的發明之一，已經作為一種簡單而有效的增敏方式得到了普遍運用。在最早期報道的載氫增敏實驗中，光柵是在Ge的摩爾分數為3mol%的普通石英光纖中寫入的；該光纖預先在高壓（典型值為150atm，1atm=1。01x10⁵Pa）氫氣鋼瓶中放置數天，使光纖中的氫氣溶解度達到飽和濃度的95%以上。光致折射率變化可以達到10⁻³~10⁻²。