¿Esta fibra es particularmente sensible a la luz ultravioleta? ¿Está diseñada específicamente para el grabado de rejillas?
1. Sensibilidad y mecanismo físico de la fibra fotosensible a la luz ultravioleta
Las fibras fotosensibles (Photosensitive Optical Fiber) son de hecho particularmente sensibles a los láseres ultravioleta de longitudes de onda específicas (generalmente en el rango ultravioleta, como 244\ \text{nm} o 193\ \text{nm}).
Esta “sensibilidad” (es decir, fotosensibilidad) se refiere a que el índice de refracción del núcleo de la fibra sufre cambios permanentes en su estructura física local después de ser irradiado con luz ultravioleta intensa, lo que provoca un ligero aumento en el índice de refracción. Los mecanismos físicos clave son los siguientes:
- Efecto de dopaje：Las fibras de cuarzo ordinarias no son sensibles a la luz ultravioleta. Las fibras fotosensibles suelen doparse en el núcleo con altas concentraciones de germanio ( \text{Ge} ), o se introducen dopantes secundarios como el boro ( \text{B} ) o el estaño ( \text{Sn} ). El vidrio de cuarzo con germanio contiene una gran cantidad de “centros de defectos de germanio y oxígeno deficientes” (Germanium Oxygen Deficient Centers, GODCs).
- Cambio de índice de refracción fotoinducido：Cuando un láser ultravioleta irradia el núcleo, los centros de defectos absorben fotones ultravioleta y se destruyen, lo que provoca una redistribución de la estructura electrónica local y cambios en el espectro de absorción del material. Según la relación de Kramers-Kronig, los cambios en el espectro de absorción del medio conducen a un aumento permanente de su índice de refracción en la banda del infrarrojo cercano, con una modulación \Delta n típicamente en el rango de 10^{-5} a 10^{-3}.
- Técnica de carga de hidrógeno (Hydrogen Loading)：Para mejorar aún más la fotosensibilidad, las fibras monomodo estándar a menudo se someten a un tratamiento de “carga de hidrógeno” colocándolas en una cámara de hidrógeno a alta presión (por ejemplo, de 10\ \text{MPa} a 20\ \text{MPa} ) y temperatura adecuada. Una vez que las moléculas de hidrógeno difunden en el núcleo, reaccionan fotoquímicamente con los enlaces silicio-oxígeno-germanio bajo irradiación ultravioleta, formando una gran cantidad de grupos hidroxilo ( \text{-OH} ) y nuevos defectos activos, lo que mejora significativamente la profundidad de modulación del índice de refracción.
2. ¿Se utiliza específicamente para escribir rejillas?
Sí, la aplicación más central y principal de las fibras fotosensibles es se utilizan específicamente para escribir diversas rejillas de fibra, como las rejillas de fibra de Bragg ( \text{FBG} ) y las rejillas de fibra de período largo ( \text{LPG} ).
Durante el proceso de fabricación litográfica, dos haces de láser ultravioleta interfieren (o un solo haz de luz ultravioleta pasa a través de una plantilla de máscara de fase), creando franjas de interferencia periódicas espacialmente claras y oscuras en el núcleo de la fibra. Debido a las características fotosensibles de la fibra, el índice de refracción en las áreas brillantes aumenta, mientras que el índice de refracción en las áreas oscuras permanece sin cambios, formando así una modulación periódica permanente del índice de refracción dentro del núcleo, lo que constituye una rejilla de fibra capaz de reflejar una longitud de onda específica (longitud de onda de Bragg).
3. Aplicación del proceso de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) en la tecnología de escritura de rejillas
Según los diferentes materiales de fibra y entornos de prueba, la escritura de rejillas de Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) abarca tanto la escritura ultravioleta tradicional (que depende de la fotosensibilidad) como la escritura avanzada moderna punto por punto con láser de femtosegundo (que no depende de la fotosensibilidad).
Solución uno: Proceso tradicional de escritura con plantilla de máscara de luz ultravioleta (dependiente de la fotosensibilidad/carga de hidrógeno)
Este proceso utiliza un láser ultravioleta que pasa a través de una plantilla de máscara para la irradiación. Antes de escribir, la fibra generalmente necesita pasar por un proceso de carga de hidrógeno y eliminación del recubrimiento original, y se realiza una re-recubrición correspondiente después de escribir.
- Producto típico：OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Rejillas de fibra de Bragg de poliacrilato recubiertas (desnudas)
Este producto utiliza el proceso estándar de fotosensibilidad/carga de hidrógeno, escrito en fibra monomodo OFSCN® G.652D o G.657 estándar, y se recubre por defecto con poliacrilato.
Solución dos: Proceso avanzado de escritura punto por punto con láser de femtosegundo (independiente de la fibra fotosensible)
Con el desarrollo de la tecnología moderna de láser ultrarrápido, utilizando pulsos de láser de femtosegundo infrarrojo con densidad de energía extremadamente alta, a través de la absorción no lineal multifotónica, el cambio de índice de refracción local se puede excitar directamente en fibras ordinarias no fotosensibles (como la fibra monomodo estándar de poliimida) de forma instantánea. Este proceso no requiere que la fibra sea fotosensible, ni carga de hidrógeno, ni siquiera la eliminación del recubrimiento original de la fibra, lo que preserva perfectamente la resistencia mecánica y la tenacidad a la tracción originales de la fibra.
- Producto típico uno：OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Rejillas de fibra de Bragg de femtosegundo para fibra desnuda
Dado que el recubrimiento no se daña durante la escritura, y combinado con fibra especial de poliimida, el rango de temperatura máxima de uso de este producto puede ser de -270^\circ\text{C} a 800^\circ\text{C}.
- Producto típico dos：OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Rejillas de fibra de Bragg de alta resistencia para fibra desnuda
Debido a que no es necesario quitar la capa de recubrimiento exterior, se utiliza fibra monomodo de poliimida seleccionada de alta resistencia para la escritura con láser de femtosegundo, y el rango de tensión máxima utilizable a temperatura ambiente es \le 15000\ \mu\varepsilon.
