Специальные типы брэгговских решеток и их применение

Если глубина модуляции показателя преломления в решетке постоянна около некоторой длины, и вдруг падает до нуля за пределами этого диапазона, в спектре отражения присутствуют боковые «лепестки», особенно если пиковое отражение велико (см. рисунок 1). Эти боковые лепестки иногда сильно мешают, например, использованию FBG в некоторых приложениях, например в качестве оптических фильтров.
 

 

 

 

 

 

 

 

Они могут быть в значительной степени уменьшены с импользованием техники аподизации (Рис. 2): глубина модуляции коэффициента преломления плавно изменяется вдоль решетки. Конечно, необходимо увеличивать общую длину решетки для достижения определенного отражения пика. Для определенного профиля модуляции показателя преломления в аподизированной волоконной брэгговской решетке, существует компромисс между оптимальным подавлением боковых лепестков и максимальным коэффициентом отражения для решеток ограниченной длины и заданного максимального значения глубины модуляции показателя преломления.  

 

 

 

 

 

 

 

 

Применения ВБР в телекоммуникациях часто связаны с фильтрацией определенных длин волн, например, для объединения или разделения различных каналов в системах спектрального уплотнения. Фильтр с очень узкой полосой пропускания может быть реализован, например на длинных ВБР (с длиной в десятки сантиметров) или комбинации таких решеток.

 

ВБР может быть использована в качестве зеркала резонатора волоконных лазеров для ограничения генерации в очень узком спектральном диапазоне. Может быть достигнут даже одночастотный режим работы лазера, например, при наличии целого лазерного резонатора образованного с помощью ВБР с фазовым сдвигом в середине. За пределами лазерного резонатора, ВБР может служить эталоном частоты для стабилизации длины волны лазера. Этот метод может также применяться для стабилизации длины волны лазерных диодов.
 

Если поляризация пучков, записывающих решетку, перпендикулярна оси волокна, может возникнуть значительное различие свойств брэгговских решеток для обоих направлений поляризации (т.е. двулучепреломление). Это свойство может быть использовано например, для изготовления специального типа волоконных фильтров - rocking filters, служащих для вращения поляризации на определенной длине волны.
 

Волоконные решетки с апериодической модуляцией показателя преломления могут иметь полезные оптические свойства, в том числе отсутствие боковых лепестков в спектрах отражения, наличие нескольких полос отражения или специальных профилей хроматической дисперсии. В частности, для компенсации дисперсии используются так называемые чирпированные волоконные решетки, где брэгговская длина волны меняется вдоль решетки. Это свойство позволяет получать очень большую дисперсию групповой скорости в коротком участке волокна, достаточную для компенсации дисперсии в телекоммуникационных волокнах. Другое применение - это сжатие импульса в волоконных усилителях (chirped-pulse amplifier).
 

Чирпированные волоконные решетки также используются в качестве распределенных волоконно-оптических датчиков, помещаемых внутрь объектов. Например, возможен мониторинг температуры по всей длине устройства, или контроль механических напряжений.

 

Обычные ВБР - это решетки с периодом в несколько сотен нанометров, которые работают за счет связи встречных волн в сердцевине волокна. Другая разновидность брэгговских решеток - длиннопериодные брэгговские решетки (ДБР) с периодами порядка сотен микрон (часто с наклонными плоскостями решетки) и длиной в несколько сантиметров. Такие решетки могут связывать моды с одинаковым направлением распространения. Например, основная мода многомодового волокна может быть связана с определенными модами более высокого порядка, или мода сердцевины может быть связана с модами в оболочке волокна, распространяющимися в том же направлении. В последнем случае это взаимодействие вносит дополнительные потери при распространении волн, потому что свет в модах оболочки обычно имеет более сильные потери. Такие решетки используются для задания тщательно контролируемых потерь, зависимых от длины волны, например, для выравнивания коэффициента усиления в легированных эрбием волоконных усилителях, а также используются в волоконно-оптических сенсорах.
 

Длиннопериодные решетки могут быть получены даже простым прижатием участка волокна к пластине периодическими канавками. Этот вид решетки является обратимым и настраиваемым.

Кроме того, можно написать ВБР в полимерных оптических волоконах. Как и с кварцевыми волоконами, обычно используется ультрафиолетовое излучение, но физические механизмы несколько отличаются. Преимущество брэгговских решеток в полимерных волоконах - это возможность перестройки брэгговской длины волны в большем диапазоне: полимерные волокна могут быть растянуты более сильно, и они реагируют сильнее на изменения температуры.