【摘要】表面浮雕式光纤布拉格光栅是用纳米压印技术在直径10 μm的光纤上制成的.它是一种刻在光纤表面的光纤光栅.本文中，进一步研究表面浮雕式相移光栅及其与目前传统的相移光栅相比较时所具有的优势以及利用相移位置的改变造成等峰现象，同时开发它的一些新的应用.

【关键词】布拉格光栅，微纳光纤，光纤相移光栅

一、引 言

自从K.O.Hill在1978年发现光纤光敏性以后[1]，一种新型的光纤无源器件——光纤布拉格光栅出现在大家面前.光纤布拉格光栅（FBG）在最近的二十年在光通信和光传感中扮演着重要的角色[2-4].一开始的时候，光纤布拉格光栅利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成空间相位光纤光栅[5].然而，依赖于光纤光敏性的激光注入光纤拥有不少缺点.近些年来，聚焦离子束（FIB）技术开始被用来准备这种微纳光纤布拉格光栅[6].

在笔者之前的论文中已经讨论过关于表面浮雕式光纤光栅的特性[7].在本文中，利用这种用纳米压印的方法在微纳光纤上制作的表面浮雕式光纤布拉格光栅[8]来制作相移光栅.下面的图1显示的就是表面浮雕式微纳光纤布拉格光栅.

二、表面浮雕式相移光栅及其性能研究

表面浮雕式微纳光纤布拉格光栅是用纳米压印技术制备的.在纵向方向上，光纤光栅的指数有一个周期性的改变.本文主要使用Matlab R2010a这个计算工具定义，分析以及解决这数目巨大的模型.对相移光纤光栅来说，需要在原有的Matlab计算布拉格光栅中加入一个相移矩阵Tk，设在第k个小光栅后有一个相移点，相移大小为π2，则该相移点就加在Tk和Tk-1之间，表示为

代入矩阵方程，得到相移光栅的转移矩阵，然后通过矩阵可算得相移光栅的反射率.

三、结果与讨论

下面是相移光纤光栅的反射谱相关模拟.光纤纤芯折射率为1.445 7，光纤包层折射率为1.437 8.图2展示的是相移光纤光栅的反射谱.相移光纤光栅的反射谱主要特征是反射窗口中打开透射窗口，这样使得光纤光栅具有高的选择性.相移的位置在光纤光栅中间.我们可以使用纳米压印技术使得外面反射谱的带宽变宽，而里面反射谱的带宽变窄，这样就具有更优越的波长选择性.

在图3中，我们把纳米压印技术制作的相移光纤光栅与传统相移光纤光栅的反射谱进行对比.用纳米压印技术制作的相移光纤光栅的刻蚀深度分别为（a）200 nm和（b）400 nm.相移光纤光栅的长度为2毫米.phase mask那条线是传统相移光纤光栅的反射谱.纳米压印技术制作的相移光纤光栅的反射谱是nanaimprint lithagraphy那条线.在图3中，这个传统相移光纤光栅的反射谱半最大值全宽度为2纳米，同时反射谱中透过窗口的半最大值全宽度为0.2纳米.在图3中FWHM1的值为纳米压印技术制作相移光纤光栅反射谱的半最大值全宽度.同样，FWHM2的值为纳米压印技术制作相移光纤光栅反射谱透射窗口的半最大值全宽度.正如从图3中看到的那样，纳米压印技术制作相移光纤光栅刻蚀深度越深，反射谱半最大值全宽度就越宽，反射谱中透射谱的半最大值全宽度就越窄.我们可以利用这一点来制备窄线宽激光器.基于纳米压印技术制作相移光纤光栅而制作的窄线宽激光器相对传统相移光纤光栅而言拥有更优越的波长选择性.

图3传统相移光纖光栅的反射谱与纳米压印技术制作的相移光纤光栅的对比图，刻蚀深度分别为（a）200 nm和（b）400 nm

四、结 论

本文中继续深入研究这种新型的光纤光栅.通过计算机模拟这种纳米压印制成的光纤相移光栅，研究出了一系列关于这种光纤光栅进行相移后的一些新的特性.通过这种研究，我们得到一些关于这种新型相移光纤光栅的特性以及利用这种特性得到的在传感器和光通信以及激光波长选择方面的潜在应用.这值得我们进一步进行探索和研究.

【参考文献】

[1]K O Hill，Y Fujii，D C Johnson，B S Kawasaki.Photosensitivity in optical fiber waveguides：application to reflection filter fabrication[J].Appl.Phys.Lett，1978（10）：647.

[2]K O Hill，G Meltz.Fiber Bragg Grating Technology Fundamentals and Overview[J].J.Lightwave Technol，1997（8）：1263.

[3]Rao Y J.In-fibre Bragg grating sensor[J].Measurement Science &Technology，1997（4）：355.

[4]Wei Liang，Yanyi Huang，Yong Xu，Reginald K Lee，Amnon Yariv.Highly sensitive fiber Bragg grating refractive index sensors[J].Appl.Phys.Lett，2005（15）：151.

[5]Vasiliev S A.Photoinduced Fiber Gratings[J].SPIE，2001（4357）：1.

[6]Ming Ding，Michalis N Zervas，Gilberto Brambilla.A compact broadband microfiber Bragg grating[J].Opt.Express，2011（16）：15621.

[7]姚雷.表面浮雕式光纤光栅的新光学特性[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2016（2）：46-49.

[8]Zhiwei Li，Yanni Gu，Lei Wang，HaiXiong Ge，ChangSheng Yuan.Hybrid Nanoimprint-Soft Lithography with Sub-15nm Resolution[J]，Nano Lett.，2009（6）：2306-2310.

[9]Othonos A，Lee X，Measure R M.Superimposed Multiple Bragg Gratings[J].Electron.Lett.，1994（23）：1972.