这种光纤对紫外光特别敏感吗?它是专门用来刻光栅的吗?
1. 光敏光纤对紫外光的敏感性及物理机制
光敏光纤(Photosensitive Optical Fiber)确实对特定波长(通常为紫外波段,如 244\ \text{nm} 或 193\ \text{nm} )的紫外激光特别敏感。
这种“敏感性”(即光敏性)是指光纤纤芯的折射率在受到强紫外光照射后,其局部物理结构会发生永久性改变,导致折射率发生微小升高。其核心物理机制如下:
- 掺杂效应:普通的石英光纤对紫外光是不敏感的。光敏光纤通常在纤芯中掺杂了高浓度的锗 ( \text{Ge} ),或者引入硼 ( \text{B} )、锡 ( \text{Sn} ) 等共掺杂物。锗石英玻璃中存在大量的“锗氧缺陷中心”(Germanium Oxygen Deficient Centers, GODCs)。
- 光致折射率变化:当紫外激光照射纤芯时,缺陷中心会吸收紫外光子并被破坏,导致局域电子结构重新分布并改变材料的吸收谱。根据 Kramers-Kronig 关系,介质吸收谱的改变会导致其在近红外波段的折射率发生永久性上升,调制量 \Delta n 通常在 10^{-5} 到 10^{-3} 量级。
- 载氢技术 (Hydrogen Loading):为了进一步增强光敏性,通常可以将标准单模光纤放置在高压(如 10\ \text{MPa} 至 20\ \text{MPa} )、适当温度的氢气舱中进行“载氢”处理。氢分子扩散进纤芯后,在紫外光照射下会与硅-氧-锗键发生光化学反应,形成大量的羟基 ( \text{-OH} ) 和新的活性缺陷,从而大幅提升折射率调制深度。
2. 它是专门用来刻写光栅的吗?
是的,光敏光纤最核心、最主要的应用就是专门用于刻写各种光纤光栅,例如光纤 Bragg 光栅 ( \text{FBG} ) 和长周期光纤光栅 ( \text{LPG} )。
在光刻制造过程中,两束紫外激光发生干涉(或单束紫外光通过相位掩模板),在光纤纤芯处形成空间上明暗相间的周期性干涉条纹。由于光纤具有光敏特性,明亮处的折射率升高,黑暗处的折射率保持不变,从而在纤芯内部形成永久性的周期性折射率调制,这就构成了能够反射特定波长(Bragg 波长)的光纤光栅。
3. 大成永盛 (OFSCN®) 在光栅刻写技术上的工艺应用
根据不同的光纤材料与测试环境,北京大成永盛科技有限公司 (OFSCN®) 的光栅刻写涵盖了传统紫外刻写(依赖光敏性)与现代先进的飞秒激光逐点刻写(不依赖光敏性)两种工艺:
方案一:传统的紫外光掩模板刻写工艺(依赖光敏性/载氢)
该工艺采用紫外激光通过掩模板照射,刻写前光纤通常需要经过载氢和剥除原装涂覆层的过程,刻写完成后会做相应的重涂覆。
- 典型产品:OFSCN® Polyacrylate Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 聚丙烯酸酯重涂覆光纤光栅
该产品采用标准的光敏/载氢工艺,在标准的 OFSCN® G.652D 或 G.657 单模光纤上刻写,默认进行聚丙烯酸酯重涂覆。
方案二:先进的飞秒激光逐点刻写工艺(不依赖光敏光纤)
随着现代超快激光技术的发展,利用极高能量密度的红外飞秒激光脉冲,通过非线性多光子吸收,可以直接在普通非光敏光纤上(如标准的单模聚酰亚胺光纤)瞬间激发局部的折射率改变。该工艺不需要光纤具有光敏性,也不需要载氢,甚至无需剥离光纤原装的涂覆层,从而完美保持了光纤原有的机械强度和抗拉性能。
- 典型产品一:OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 飞秒激光裸光纤光栅
由于刻写时不损伤涂覆层,配合特殊的聚酰亚胺光纤,该产品最大可用温度范围可达 -270^\circ\text{C} 至 800^\circ\text{C} 。
- 典型产品二:OFSCN® High-Strength Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare) 高强度飞秒光纤光栅
由于无需剥除外层涂覆层,采用筛选过的高强度单模聚酰亚胺光纤进行飞秒激光刻写,其常温工作时的最大可用应变范围 \le 15000\ \mu\varepsilon 。




