文 献 综 述
- 课题背景：
光纤光栅是利用掺杂光纤材料的光敏性制成的一种纤芯折射率呈周期性变化的无源滤波器件。其具有体积小、结构简单、灵敏度高、熔接损耗小、全兼容于光纤等优点，因而被广泛应用于高功率光纤激光器（如图1所示，为高功率激光器中的光纤光栅）、通信、传感等相关领域。
图1 高功率激光器中的光纤光栅
制备合适的光学谐振腔是高功率光纤激光器实用化的关键技术之一。早期，通常采用二色镜或在光纤端面镀膜构成谐振腔[1]，但是这两种方法给泵浦光的耦合以及光纤激光器的封装都带来很大困难。而光纤光栅由于其对光波优良的反射特性以及选频特性，利用光纤光栅作为高功率光纤激光器的光学谐振腔，可以很好地克服上述困难，因此光纤光栅在光纤激光器中发挥着重要的作用。例如图2所示，为光纤激光器的结构示意图，光纤光栅在其中作为光纤激光器的光学谐振腔，输入光纤布拉格光栅对泵浦光是透明的，但是对谐振腔内产生的激光几乎是全反的，反射率一般接近 100%；输出光纤布拉格光栅起到了滤波选频的作用，输出光栅的反射率根据谐振腔的各参数来确定[2]。
图2 光纤激光器结构示意图
另外，光纤光栅因其高灵敏度也被用于温度、应变[3]、浓度[4]等的传感测量中。王义平等人[5]总结了光纤光栅在传感方面的应用，包括温度传感测量、应力传感测量、弯曲传感测量、扭曲传感测量以及光纤加速度测量等等。利用光纤光栅也可构成光纤通信中的关键器件，光纤激光器[6]、波分复用系统[7]等等。Isabelle Riant等人[8]总结了光纤布拉格光栅在光通信方面的应用，主要包括滤波器、复用系统、色散补偿等等。
光纤光栅作为一种优良的光纤型波长选择元件，在光纤激光器中扮演了非常重要的角色。由于布拉格光栅对于特定波长能实现窄带反射，具有非常好的频率选择性，因此可以采用两个光纤光栅作为激光器的谐振腔镜，从而实现光纤激光器的全光纤化。但是，由于光纤光栅自身存在热效应现象，由公式（1）[2]
（1）
其中表示布拉格光栅中心波长，为布拉格光栅中心波长改变，为热光系数，为光栅的热膨胀系数，为温度的改变量。结合如图3[1]可以看出，当光栅温度升高时会引起热膨胀以及热光效应，从而会导致布拉格光纤光栅的中心波长随着温度的增加向长波方向移动，以至于光栅周期的发生变化，对光纤激光器工作的稳定性产生非常大的影响。特别是当两端的腔镜温度不同时，光纤光栅中心波长可能失谐[2]，严重时将导致光纤激光器不能正常工作。因此，对光纤光栅温度控制就显得尤为重要。
图3 光纤光栅中心波长随温度的变化
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