【原創(chuàng)】筱曉小課堂 | 布拉格光柵原理介紹

2024-12-12 16:59:56

在光學(xué)領(lǐng)域，布拉格光柵（Bragg Grating）作為一種重要的光學(xué)元件，以其高分辨率、高光譜效率和良好的穩(wěn)定性，在光學(xué)分光儀、激光器和光纖通訊等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將帶您了解布拉格光柵的基本原理、分類及其應(yīng)用。

1.基本原理

布拉格光柵是一種具有折射率周期性變化的透明器件，它的工作原理基于布拉格衍射原理。當一束光照射到晶體表面時

，由于晶體內(nèi)部原子的周期性排列，光在晶體內(nèi)發(fā)生衍射，形成衍射光束。當入射角度為布拉格角時，衍射光束將會相長干涉，光束會被反射回來，因此在滿足布拉格條件的特定波長，可以達到高反射率。這可以用來分離不同波長的光，從而實現(xiàn)光譜分析。

具體分析公式如下：

λ是光的真空波長，n介質(zhì)的平均折射率，θ是相對于垂直于光柵的方向的傳播角，以及Λ是布拉格周期。如果滿足此條件，則入射角就是布拉格角，可以達到高反射率。

2.分類

以塊狀玻璃或聚合物制成的布拉格光柵，通過用相干紫外線照射感光材料，該光線使用干涉圖案進行空間調(diào)制，稱為體布拉格光柵(VBG)。

它們的反射帶寬比介電薄膜鏡的反射帶寬小得多，因為它們具有低折射率對比度，而相應(yīng)的相互作用長度也相應(yīng)更長?？梢詫Ⅲw布拉格光柵插入固態(tài)激光器的激光諧振器中，以穩(wěn)定或調(diào)整其發(fā)射波長。對于不太高的功率水平，體布拉格光柵也可用于光譜光束組合。

還有光纖制成的光纖布拉格光柵（FBG）。這是一種非常簡單且成本極低的濾波器。FBG通過沿光纖縱向改變纖芯的折射率而構(gòu)成，特定波長的光從光柵反射回其來源方向，未選擇的波長通過時衰減很小或沒有衰減。

FBG的這一特性使其在光通信和傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可以用于固定光纖激光器的波長、過濾掉某些波長分量、光纖放大器的增益平坦化以及光纖傳感器。

還有內(nèi)置布拉格光柵的半導(dǎo)體激光二級管（基于半導(dǎo)體技術(shù)），用于壓窄線寬和穩(wěn)定波長(DFB和DBR)。

布拉格光柵以其獨特的工作原理和廣泛的應(yīng)用前景，成為了光學(xué)領(lǐng)域不可或缺的重要元件。隨著科技的不斷發(fā)展，布拉格光柵的制作技術(shù)將不斷精進，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也將更加廣泛和深入。

3.特點

高精度和穩(wěn)定性?：布拉格光柵傳感器不受電磁干擾，具有重量輕、體積小、不受腐蝕等優(yōu)點。由于其波長編碼的特性，精度不受光源強度影響，受環(huán)境影響小，容易復(fù)用和實現(xiàn)分布式傳感。

?多功能性?：布拉格光柵可以用于制造波長選擇器、濾波器、激光器、位移傳感器、速度/加速度傳感器、溫度傳感器、力傳感器等多種光學(xué)元件。

?高靈敏度?：布拉格光柵的一個重要用途是制作傳感器，如應(yīng)變傳感和溫度傳感。當光柵受到應(yīng)力或溫度變化時，光柵周期會發(fā)生變化，導(dǎo)致反射波長的變化，從而可以測量應(yīng)變量和溫度變化量。

4.應(yīng)用領(lǐng)域

?光通信?：布拉格光柵在光通信領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，可以實現(xiàn)波長選擇、波分復(fù)用、波分解復(fù)用等功能，從而優(yōu)化光信號傳輸?。

?光學(xué)儀器?：布拉格光柵可用于制造分光儀等光學(xué)儀器，用于光分離和光譜分析，研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能?。

?傳感器?：布拉格光柵可以用于制造溫度傳感器、力傳感器、振動傳感器等，廣泛應(yīng)用于各種傳感探測領(lǐng)域?。

?激光器?：在激光器領(lǐng)域，布拉格光柵可以用作反射鏡，實現(xiàn)激光的高效率、穩(wěn)定輸出，并通過調(diào)節(jié)周期性折射率來調(diào)節(jié)輸出激光的波長?。

?工業(yè)生產(chǎn)?：布拉格光柵在工業(yè)生產(chǎn)中也有應(yīng)用，例如在地質(zhì)勘探、交通、航空航天等領(lǐng)域?。

布拉格光柵以其獨特的工作原理和廣泛的應(yīng)用前景，成為了光學(xué)領(lǐng)域不可或缺的重要元件。隨著科技的不斷發(fā)展，布拉格光柵的制作技術(shù)將不斷精進，其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也將更加廣泛和深入。

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