Почему на другом конце решетки в спектре есть «провал»?
При техническом анализе волоконных брэгговских решеток (FBG) спектр, измеренный на другом конце решетки, представляет собой спектр пропускания (Transmission Spectrum), а «провалы», появляющиеся в спектре, обычно называют провалами пропускания (Transmission Dip / Notch) в оптической инженерии.
Это явление является физическим эффектом, определяемым когерентным брэгговским отражением и законом сохранения энергии:
1. Физический принцип: брэгговское отражение и когерентное наложение
Волоконная брэгговская решетка — это микроструктура с периодической модуляцией показателя преломления, созданная внутри сердцевины одномодового волокна. Когда свет широкого спектра вводится в область решетки вдоль волокна, на каждом микроскопическом интерфейсе изменения показателя преломления происходит френелевское отражение.
Когда длина волны падающего света удовлетворяет условию брэгговского резонанса:
\lambda_B = 2 n_{\text{eff}} \Lambda
(где \lambda_B — центральная длина волны Брэгга, n_{\text{eff}} — эффективный показатель преломления направленного моды сердцевины, \Lambda — период модуляции решетки)
Отраженные от различных интерфейсов волны будут когерентно складываться с полным совпадением фаз, вызывая сильное отражение света этой узкой полосы длин волн \lambda_B обратно к падающему концу (что проявляется как узкая «вершина» на отраженном конце).
2. Закон сохранения энергии: потеря энергии на стороне пропускания
При пренебрежении ничтожными собственными потерями на рассеяние и поглощение в материале волокна, мощность света, поступающего в систему, подчиняется закону сохранения энергии:
T(\lambda) + R(\lambda) \approx 1
(где T(\lambda) — коэффициент пропускания, R(\lambda) — коэффициент отражения)
- Область нерезонансных длин волн: Свет не удовлетворяет условию Брэгга, коэффициент отражения близок к нулю (R \approx 0), и свет проходит через область решетки практически без потерь (T \approx 1), что проявляется как плоская базовая линия.
- Область резонансных длин волн ( \lambda_B ): Энергия света когерентно отражается обратно в направлении падения (R \to 1), что приводит к значительному уменьшению энергии, продолжающей распространяться в исходном направлении и достигающей другого конца решетки (T \to 0).
Таким образом, в логарифмическом масштабе (шкала дБ) спектроанализатора (OSA) пропускаемая мощность на этой длине волны резко падает, образуя крутой «провал».
3. Характеризация провалов пропускания в инженерии
Форма провала пропускания напрямую характеризует основные параметры производительности волоконной решетки:
- Глубина (потери при пропускании / глубина подавления): Велика затухания в нижней точке провала пропускания напрямую определяется коэффициентом отражения (Reflectivity) решетки.
- Например, если коэффициент отражения решетки составляет 90\%, пропускаемая мощность падает до 10\% от исходной, глубина провала составляет около 10\ \text{dB};
- Если коэффициент отражения составляет 99\% (высокоотражающая решетка), глубина провала пропускания может достигать 20\ \text{dB};
- Если коэффициент отражения составляет 99.9\%, глубина провала пропускания может достигать 30\ \text{dB} .
- Ширина (полоса пропускания фильтра): Полная ширина на полувысоте (FWHM) провала пропускания соответствует 3dB ширине полосы решетки и в основном определяется длиной зоны решетки (например, от 2\ \text{mm} до 10\ \text{mm}) и глубиной модуляции показателя преломления (\Delta n).
Связанные серии продуктов
Многочисленные виды волоконных брэгговских решеток, разработанные Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®), обладают строго контролируемым качеством отражения/пропускания спектра, включая одиночные FBG и многоточечные строки волоконных решеток (FBG Strings):
- OFSCN® Standard Femtosecond Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): Решетки, записываемые фемтосекундными импульсами точка за точкой, с отражательной способностью и шириной полосы, настраиваемыми по требованию, с подавлением боковых мод по умолчанию \ge 15\ \text{dB} .
- OFSCN® Polyimide Fiber Bragg Gratings / FBG Strings (Bare): Волокно оптические решетки с полиимидным покрытием, термостойкие, со стандартным диапазоном длин волн 1525\ \text{nm} \sim 1565\ \text{nm} (могут быть настроены до 1510\ \text{nm} \sim 1590\ \text{nm} ).
