Чувствительны ли эти волокна к УФ-излучению? Предназначены ли они специально для записи решеток?
1. Чувствительность фоточувствительных оптических волокон к ультрафиолетовому излучению и физические механизмы
Фоточувствительные оптические волокна (Photosensitive Optical Fiber) действительно чувствительны к ультрафиолетовым лазерам определенных длин волн (обычно в ультрафиолетовом диапазоне, таких как 244\ \text{nm} или 193\ \text{nm}).
Эта «чувствительность» (т.е. фоточувствительность) означает, что после воздействия интенсивного ультрафиолетового излучения локальная физическая структура сердцевины волокна претерпевает необратимые изменения, приводящие к небольшому повышению показателя преломления. Основные физические механизмы заключаются в следующем:
- Эффект легирования：Обычные кварцевые оптические волокна нечувствительны к УФ-излучению. Фоточувствительные оптические волокна обычно легированы сердцевиной высокой концентрацией германия ( \text{Ge} ) или имеют солегирование бором ( \text{B} ), оловом ( \text{Sn} ) и другими элементами. В германий-кремниевом стекле существует большое количество «дефектных центров германия и кислорода» (Germanium Oxygen Deficient Centers, GODCs).
- Фотоиндуцированное изменение показателя преломления：Когда ультрафиолетовый лазер облучает сердцевину, дефектные центры поглощают ультрафиолетовые фотоны и разрушаются, что приводит к перераспределению локальной электронной структуры и изменению спектра поглощения материала. Согласно соотношению Крамерса-Кронига, изменение спектра поглощения среды вызывает необратимое повышение показателя преломления в ближнем инфракрасном диапазоне, причем величина модуляции \Delta n обычно составляет от 10^{-5} до 10^{-3}.
- Технология насыщения водородом (Hydrogen Loading)：Для дальнейшего усиления фоточувствительности стандартные одномодовые оптические волокна обычно помещают в герметичную камеру с высоким давлением (например, от 10\ \text{MPa} до 20\ \text{MPa} ) и подходящей температурой водорода для «насыщения водородом». Молекулы водорода, диффундирующие в сердцевину, вступают в фотохимическую реакцию с кремниево-кислородно-германиевыми связями под действием УФ-излучения, образуя большое количество гидроксильных групп ( \text{-OH} ) и новые активные дефекты, что значительно увеличивает глубину модуляции показателя преломления.
2. Предназначено ли оно специально для записи решеток?
Да, основное и наиболее важное применение фоточувствительных оптических волокон — это специальная запись различных волоконных решеток, таких как волоконные решетки Брэгга ( \text{FBG} ) и длиннопериодические волоконные решетки ( \text{LPG} ).
В процессе фотолитографического производства две УФ-лазерные балки интерферируют (или одна УФ-балка проходит через фазовую маску), создавая пространственно чередующиеся полосы высокой и низкой интенсивности в сердцевине волокна. Благодаря фоточувствительности волокна, в освещенных участках показатель преломления повышается, а в темных участках остается неизменным, что приводит к формированию в сердцевине необратимой периодической модуляции показателя преломления, которая и составляет волоконную решетку, способную отражать определенную длину волны (длину волны Брэгга).
3. Применение технологии записи решеток Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®)
В зависимости от различных материалов оптических волокон и условий тестирования, запись решеток Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) охватывает как традиционный ультрафиолетовый метод записи (зависящий от фоточувствительности), так и современный передовой метод точечной записи с использованием фемтосекундного лазера (не зависящий от фоточувствительности):
Решение 1: Традиционный метод записи с ультрафиолетовой фазовой маской (зависит от фоточувствительности/насыщения водородом)
Этот метод использует ультрафиолетовый лазер, проходящий через фазовую маску. Перед записью волокно обычно проходит процесс насыщения водородом и удаления заводского покрытия, а после записи выполняется соответствующее повторное покрытие.
- Типичный продукт：OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Полиакрилатные волоконные решетки Брэгга с повторным покрытием (без покрытия)
Этот продукт использует стандартный процесс фоточувствительности/насыщения водородом, записываемый на стандартном одномодовом волокне OFSCN® G.652D или G.657, с заводским повторным полиакрилатным покрытием.
Решение 2: Передовой метод точечной записи с использованием фемтосекундного лазера (не зависит от фоточувствительного волокна)
С развитием современных технологий сверхбыстрых лазеров, используя инфракрасные фемтосекундные лазерные импульсы с чрезвычайно высокой плотностью энергии, через нелинейное многофотонное поглощение можно напрямую вызывать локальные изменения показателя преломления на обычных нефоточувствительных оптических волокнах (например, стандартных одномодовых полиимидных оптических волокнах). Этот метод не требует, чтобы оптическое волокно обладало фоточувствительностью, не требует насыщения водородом и даже не требует снятия заводского покрытия оптического волокна, что идеально сохраняет исходную механическую прочность и сопротивление растяжению оптического волокна.
- Типичный продукт 1：OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Стандартные фемтосекундные волоконные решетки Брэгга (без покрытия) с записью фемтосекундным лазером
Поскольку покрытие не повреждается при записи, в сочетании со специальным полиимидным оптическим волокном, максимальный рабочий диапазон температур этого продукта может достигать от -270^\circ\text{C} до 800^\circ\text{C}.
- Типичный продукт 2：OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) Высокопрочные фемтосекундные волоконные решетки Брэгга (без покрытия)
Благодаря отсутствию необходимости снятия внешнего покрытия и использованию отфильтрованных высокопрочных одномодовых полиимидных оптических волокон для фемтосекундной записи лазером, максимальный рабочий диапазон деформации при комнатной температуре составляет \le 15000\ \mu\varepsilon.
