電子發(fā)燒友App
光纖光柵制作與應(yīng)用( 二)
通訊頻寬的需求是無止盡的。近來，透過光通訊TDM或WDM系統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)，
已能大幅增加通訊的頻寬，未來高速通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)將很可能是這兩種光通訊系統(tǒng)的結(jié)
合。而近幾年來，「光纖光柵」在制造技術(shù)上的明顯進(jìn)步，正迅速?zèng)_激著這兩種光通
訊技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)走向。
根據(jù)加拿大CRC 研究中心的預(yù)測(cè)：在未來幾年內(nèi)，光纖光柵的世界市場(chǎng)值將增
加至一億美元的規(guī)模，主要原因是光纖光柵被廣泛地應(yīng)用在光通訊上的影響。本刊于
Vol.6,1996 已對(duì)光纖光柵做過專文簡(jiǎn)介，本期將再就光纖光柵的制程技術(shù)和在光通訊
系統(tǒng)上的應(yīng)用趨勢(shì)做進(jìn)一步的深入探討。
光纖光柵的制程技術(shù)趨勢(shì)
光纖光柵是在直徑約10 微米的單模光纖纖核上曝上周期性的強(qiáng)紫外光條紋，這
些紫外光條紋主要是用波長(zhǎng)為248nm 或193nm 的準(zhǔn)分子雷射經(jīng)干涉或透過相位光罩
所形成的。
此干涉條紋將在纖核形成周期性的折射率變化，當(dāng)入射光波長(zhǎng)滿足Bragg 條件時(shí)，
其散射光將沿原光路返回而形成光濾波器。在實(shí)用及量產(chǎn)方面， 1989 年United
Technologies 發(fā)展出「全像干涉法」大幅提升光纖光柵的實(shí)用性；繼之， 1993 年Hill
發(fā)展出「相位光罩法」更使得光纖光柵的量產(chǎn)可行性大為增加。
光纖光柵的主要性能參數(shù)包括：反射波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)反射率、譜線線寬和損耗等。
這些性能參數(shù)則受到折射率變化、光柵長(zhǎng)度、光柵周期等結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
一般而言，光纖光柵的工作波長(zhǎng)決定于光柵周期；而光纖光柵的工作頻寬及反射
率則決定于光柵的長(zhǎng)度及纖核折射率的變化量。光柵越長(zhǎng)，其頻寬越窄、反射率也越
高，而纖核折射率的變化量更關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量與制造成本。因此，制造技術(shù)改進(jìn)主
要在增加折射率變化量。
一般認(rèn)為光纖光柵制造過程中，光纖折射率的變化是因?yàn)槔w核內(nèi)的Ge-Si 錯(cuò)鍵
(wrong bonds)因紫外光照射而斷裂，減輕了Ge-Si 錯(cuò)鍵所造成的應(yīng)力，此過程造成光
纖折射率的改變。另有些則主張是因?yàn)槔w核內(nèi)的GeO 缺陷吸收紫外光，造成color center
而改變了光纖的吸收光譜而造成光纖折射率的變化。
因此一般增加折射率變化的方法主要是增加摻鍺濃度。例如：摻硼可以減小數(shù)值
孔徑，從而容許增大鍺含量，以提升其感旋光性。用氫氣焰來回烘燒要感光的區(qū)段，在
溫度高達(dá)1700℃下持續(xù)約20 分鐘之后，能增加光纖中的鍺缺陷，使同樣的紫外光曝
光，折射率改變?cè)龃笫兑陨稀?br>在充氫氣的環(huán)境下進(jìn)行曝光，也可增加感光的靈敏度，降低曝光所需的時(shí)間， 這
是因?yàn)樽贤夤庾哟驍嗔藫诫s點(diǎn)的化學(xué)鍵，這個(gè)處于激發(fā)態(tài)的鍵同附近的H2 分子反應(yīng)
生成了Si－OH 鍵和新的鍺缺陷，伴隨著折射率的增加。其過程是將裸光纖置于幾百
個(gè)大氣壓的高壓氫氣中數(shù)百個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行UV 光曝光，便可以獲得大于光纖核、
纖殼折射率差的折射率增值。折射率差可達(dá)10-2 數(shù)量級(jí),然而氫載的感旋光性是暫時(shí)的，
必須在光纖取出高壓艙后馬上進(jìn)行UV 曝光。
除摻雜濃度外，光纖中的折射率改變量還與許多參數(shù)有關(guān)，如：照射波長(zhǎng)、光纖
類型、光纖溫度以及該段光纖以前的歷史和曝光功率、曝光時(shí)間等。其中，當(dāng)紫外光
脈沖能量小于10mJ 時(shí)可以形成I 型光柵，當(dāng)脈沖的能量大于40mJ 時(shí)，則可以形成Ⅱ
型光柵。
Ⅰ型光柵不穩(wěn)定，它可以被藍(lán)光或綠光擦除，或置于450℃幾秒鐘即被擦除。若
要在被擦除的地方再形成同樣折射率變化的光柵，所需要的曝光量將比前一次的曝光
量更大。
Ⅱ型光柵是很穩(wěn)定的，能在1800℃下經(jīng)過10 小時(shí)而不會(huì)使折射率發(fā)生變化。Ⅱ
型光柵的形成原理不同于Ⅰ型光柵，大于40mJ 的光脈沖在光纖內(nèi)引起幾千度的溫升，
會(huì)使紫外吸收快速增長(zhǎng)。
另外當(dāng)形成Ⅱ型光柵時(shí)，由于強(qiáng)的布拉格反射使在小于布拉格諧振波長(zhǎng)數(shù)十nm
范圍內(nèi)有一附加損耗帶，它起因于導(dǎo)模耦合成纖殼模。要想消除這種損耗，可以從光
纖的結(jié)構(gòu)入手，在纖核和纖殼中間加入一個(gè)中介層，該中介層采用鍺、氟共摻雜，使
它的折射率與纖殼的折射率相當(dāng)。而中介層的鍺含量與纖核內(nèi)鍺含量一樣大。這樣當(dāng)
光纖曝光后，纖核和纖殼的折射率變化相同，這樣導(dǎo)模傳輸?shù)哪?chǎng)區(qū)域內(nèi)折射率變化
相同，便不會(huì)發(fā)生耦合附加損耗了。
最后，在紫外形成光柵中，隨著曝光量的增大雖折射率改變?cè)龃?，但同時(shí)也伴隨
著諧振波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移。其原因是氫載光纖中紫外形成光柵消耗了光纖核區(qū)中
的氫分子，導(dǎo)致纖殼的氫分子向纖核區(qū)和纖外擴(kuò)散，從而折射率增大，波長(zhǎng)變大。氫
載光纖布拉格的漂移增大了制造光柵的難度，波長(zhǎng)的漂移取決于曝光時(shí)光纖中氫分子
的濃度和多少氫分子被消耗。然氫氣焰刷火后形成的紫外光柵，光柵波長(zhǎng)幾乎沒有漂
移。
光纖光柵的光通訊應(yīng)用趨勢(shì)
光纖光柵主要的作用在于濾波，當(dāng)寬帶的光訊號(hào)通過光纖光柵時(shí)，光柵能非常有
效地將波長(zhǎng)滿足布拉格條件的入射光反射，其它波長(zhǎng)的光則不受光柵的影響而通過，
可做成波長(zhǎng)選擇分布反射鏡或濾波器?？刂乒鈻胖芷诳梢宰鞒鲱l寬從0.05nm 的窄頻
周期光柵到12nm 的chirp 寬帶光柵。
(2) 分波多任務(wù)與解分波多任務(wù)
利用光纖光柵的濾波特性，可以將不同波長(zhǎng)的光纖光柵串聯(lián)，將不同的波長(zhǎng)反射
分離而形成一WDM組件。
目前有兩種較可行的WDM 組件制造方法：其一是用光循環(huán)器與不同波長(zhǎng)的光纖
光柵串聯(lián)來分離不同的波長(zhǎng)，不過此法制作上較費(fèi)勞力。另一種方法是用光耦合器與
光纖光柵結(jié)合成Mach-Zehnder 干涉儀結(jié)構(gòu)，再彼此串聯(lián)后可以把不同波長(zhǎng)的信號(hào)加
入傳輸線路或從傳輸線路分離出來。
用光纖光柵作的WDM 組件與輸入光的極性無關(guān)，對(duì)外界的溫度變化也不敏感，
能在1550nm 的波長(zhǎng)范圍對(duì)信號(hào)間距為100GHz 的信號(hào)做有效的分波多任務(wù)與解分波多
工。
(3) 光纖雷射
在一定長(zhǎng)度的摻鉺光纖的兩端做成1550nm 波長(zhǎng)的光柵，兩光柵之間即相當(dāng)于一
諧振腔，用980nm 或1480nm 當(dāng)泵浦雷射激發(fā)，鉺離子就會(huì)產(chǎn)生增益放大而形成光纖
雷射。
由于光柵的選頻作用，諧振腔只能反饋某一特定波長(zhǎng)的光，輸出單頻雷射， 再經(jīng)
過光隔離器即能輸出窄線寬、高功率、低噪聲的信號(hào)雷射。
光纖雷射的優(yōu)點(diǎn)是光纖光柵的兼容性、輸出穩(wěn)定性及光譜純度。與半導(dǎo)體雷射相
比，光纖雷射具有較高的光輸出功率、較低的相對(duì)強(qiáng)度噪聲、極窄的線寬、以及較寬
的調(diào)諧范圍。光纖雷射的線寬可做到小于2.5KHz，顯然優(yōu)于線寬10MHz 的分布反饋
(DFB)雷射。
另外，在WDM 傳輸系統(tǒng)中一個(gè)很重要的參數(shù)就是可調(diào)諧性。光纖雷射不但很容
易實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，而且調(diào)諧范圍(>50nm)遠(yuǎn)大于半導(dǎo)體雷射(1～2nm)。
(4) 光纖光柵DFB 雷射
把光纖光柵作為半導(dǎo)體二極管的外腔反射鏡，就可以制出性能優(yōu)越的光纖光柵
DFB 雷射，不僅輸出雷射的線寬窄，易于與光纖系統(tǒng)耦合，而且通過對(duì)光柵加縱向拉
伸力，就能控制輸出雷射的頻率和模式。已有實(shí)驗(yàn)證明，用1.2Gb/s 直接調(diào)變和光柵
控制可得線寬小于50kHz、chirp 小于50Hz 的雷射輸出。
與光纖光柵雷射相比，光纖光柵DFB 雷射其諧振腔較不受溫度影響，因此其輸出
模態(tài)較光纖光柵雷射穩(wěn)定。
(5) 色散補(bǔ)償器
色散是限制光通訊容量的主要因素之一，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了不少色散補(bǔ)償方法。但光纖
布拉格光柵色散補(bǔ)償器與其它方法相比，具有全光纖型、損耗低、體積小、重量輕、
成本低、靈活方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。
早期鋪設(shè)的光纖在1310nm 波長(zhǎng)附近有最小的色散；不過為了配合EDFA 的使用，
目前大都改用1550nm 波段，然而在1550nm 處負(fù)色散區(qū)藍(lán)光分量快于紅光分量，將
產(chǎn)生明顯的色散問題。解決的辦法之一是在適當(dāng)?shù)木嚯x處加裝光纖光柵色散補(bǔ)償元
件。其原理是利用chirp 光柵在不同點(diǎn)有不同的Bragg 波長(zhǎng)，使光柵周期大的一端在
前，則紅光分量在光柵前端反射，而藍(lán)光分量在光柵末端反射，因此藍(lán)光分量比紅光
分量多走了較長(zhǎng)距離，這樣便在紅藍(lán)光間產(chǎn)生一個(gè)時(shí)差。經(jīng)過光柵以后，滯后的紅光
便會(huì)趕上藍(lán)光，從而產(chǎn)生色散補(bǔ)償作用。目前已用chirp 光柵色散補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)200km
標(biāo)準(zhǔn)光纖的色散補(bǔ)償。
廠商動(dòng)態(tài)
Spectran 公司所生產(chǎn)的Photosil 單模光纖是專門為制造光纖光柵所作的，能在兩
分鐘內(nèi)曝造大于20dB 的高反射率光纖光柵，其數(shù)值口徑和模場(chǎng)直徑亦和標(biāo)準(zhǔn)光纖相
近因此其熔接損失相當(dāng)?shù)汀?br>相位光罩可以復(fù)制大量光纖光柵，然光罩本身制造成本高，加拿大QPS 銷售不同
波長(zhǎng)的低價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相位光罩，其最新產(chǎn)品是可用來制造125mm 長(zhǎng)光柵的相位光罩。另
外光纖光柵的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)錢，利用計(jì)算機(jī)仿真輔助可以加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，QPS 也與Power
Matrix Technology 合作開發(fā)SuperBragg 軟件可用來設(shè)計(jì)uniform and chirp 光纖光柵。
3M 的新產(chǎn)品是在980nm 的雷射二極管的頭端接上一光纖光柵，使少量波長(zhǎng)980nm
的光反射回雷射二極管的共振腔內(nèi)而鎖定波長(zhǎng)，因此可用來穩(wěn)定EDFA 的泵浦雷射激
發(fā)波長(zhǎng)，此光纖光柵的反射率是2~5%，溫度靈敏度是0.012nm/℃，抗壓度是100kpsi。
Lucent Technology 公司已應(yīng)用光纖光柵技術(shù)于六項(xiàng)新商用產(chǎn)品包括980nm
Stabilizer, 980 nm pump reflector, 1480 pump reflector, YAG reflector,1550 nm signal
reflector 和ASE(amplified Stimulated Emission) suppression filter，前三項(xiàng)產(chǎn)品主要是
用來提升光纖放大器的性能，YAG reflector 用于光纖雷射, 1550 nm signal reflector 用
于DWDM系統(tǒng)而ASE(amplified Stimulated Emission) suppression filter 用于消除因使
用光纖放大器而產(chǎn)生的1530nm ASE 噪聲。
Bragg Photonics,Inc.有銷售1300nm 和1500nm 范圍的光纖光柵其信道間隔1nm 能用于
DWDM 并達(dá)ITU 標(biāo)準(zhǔn)，此外Bragg Photonics, Inc.亦有銷售長(zhǎng)周期光纖光柵用于EDFA
增益曲線之扁平化。
LOA 和Cabloptic 公司生產(chǎn)長(zhǎng)周期光纖光柵用于色散補(bǔ)償器，經(jīng)多重曝光其周期
長(zhǎng)達(dá)120 微米。
為克服對(duì)溫度的不穩(wěn)定性， Melles Griot 公司將光纖光柵嵌入于調(diào)溫封裝內(nèi)，其溫
度穩(wěn)定性0.035nm/℃，其波長(zhǎng)間距達(dá)ITU 協(xié)議中DWDM所要求規(guī)格200GHz。
在設(shè)計(jì)DWDM 時(shí)須穩(wěn)定的光源，E-TEK 用光纖光柵來穩(wěn)定雷射光源，其波長(zhǎng)精
確至正負(fù)0.08nm，符合ITU 所要求規(guī)格，其溫度穩(wěn)定性 0.01nm/℃，波長(zhǎng)穩(wěn)定性0.005nm/
12hours，線寬小于100KHz。
結(jié)論
光纖光柵的光學(xué)特性是傳統(tǒng)濾波器不能比的，光纖光柵在光通訊上的應(yīng)用更是非
常廣泛，它很可能成為WDM 的必要組件，并使WDM 能廣泛的用于用戶回路。然從
商品角度來看，要先解決一些技術(shù)問題之后，市場(chǎng)才能夠打開。比如說WDM 的通道
間隔需標(biāo)準(zhǔn)化、光纖光柵較易受溫度改變的影響及其對(duì)溫度穩(wěn)定范圍需提高。
在光纖色散補(bǔ)償和EDFA 光增益曲線平坦的應(yīng)用方面，光纖光柵似乎比其它技術(shù)
更為可行，然由于光放大器間隔尚未決定很難推出色散補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。另外在感應(yīng)器
的應(yīng)用方面其市場(chǎng)將漸大進(jìn)而降低光纖光柵制造成本。
就我國(guó)現(xiàn)況而言，目前有電信研究所、工研院光電所和臺(tái)大等學(xué)術(shù)單位，及幾家
廠商已投入技術(shù)研發(fā)。用途方面，除使用于光通訊的用途之外，亦有很多單位熱衷于
工程方面的感應(yīng)器應(yīng)用。整體而言，誠(chéng)如臺(tái)大教授王倫所指稱：目前我國(guó)雖已具有光
纖光柵的量產(chǎn)技術(shù)，但仍必需克服層層的專利問題，才能順利于世界市場(chǎng)中占有一席
之地。
通訊頻寬的需求是無止盡的。近來，透過光通訊TDM或WDM系統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)，
已能大幅增加通訊的頻寬，未來高速通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)將很可能是這兩種光通訊系統(tǒng)的結(jié)
合。而近幾年來，「光纖光柵」在制造技術(shù)上的明顯進(jìn)步，正迅速?zèng)_激著這兩種光通
訊技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)走向。
根據(jù)加拿大CRC 研究中心的預(yù)測(cè)：在未來幾年內(nèi)，光纖光柵的世界市場(chǎng)值將增
加至一億美元的規(guī)模，主要原因是光纖光柵被廣泛地應(yīng)用在光通訊上的影響。本刊于
Vol.6,1996 已對(duì)光纖光柵做過專文簡(jiǎn)介，本期將再就光纖光柵的制程技術(shù)和在光通訊
系統(tǒng)上的應(yīng)用趨勢(shì)做進(jìn)一步的深入探討。
光纖光柵的制程技術(shù)趨勢(shì)
光纖光柵是在直徑約10 微米的單模光纖纖核上曝上周期性的強(qiáng)紫外光條紋，這
些紫外光條紋主要是用波長(zhǎng)為248nm 或193nm 的準(zhǔn)分子雷射經(jīng)干涉或透過相位光罩
所形成的。
此干涉條紋將在纖核形成周期性的折射率變化，當(dāng)入射光波長(zhǎng)滿足Bragg 條件時(shí)，
其散射光將沿原光路返回而形成光濾波器。在實(shí)用及量產(chǎn)方面， 1989 年United
Technologies 發(fā)展出「全像干涉法」大幅提升光纖光柵的實(shí)用性；繼之， 1993 年Hill
發(fā)展出「相位光罩法」更使得光纖光柵的量產(chǎn)可行性大為增加。
光纖光柵的主要性能參數(shù)包括：反射波長(zhǎng)、中心波長(zhǎng)反射率、譜線線寬和損耗等。
這些性能參數(shù)則受到折射率變化、光柵長(zhǎng)度、光柵周期等結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響。
一般而言，光纖光柵的工作波長(zhǎng)決定于光柵周期；而光纖光柵的工作頻寬及反射
率則決定于光柵的長(zhǎng)度及纖核折射率的變化量。光柵越長(zhǎng)，其頻寬越窄、反射率也越
高，而纖核折射率的變化量更關(guān)系著產(chǎn)品的質(zhì)量與制造成本。因此，制造技術(shù)改進(jìn)主
要在增加折射率變化量。
一般認(rèn)為光纖光柵制造過程中，光纖折射率的變化是因?yàn)槔w核內(nèi)的Ge-Si 錯(cuò)鍵
(wrong bonds)因紫外光照射而斷裂，減輕了Ge-Si 錯(cuò)鍵所造成的應(yīng)力，此過程造成光
纖折射率的改變。另有些則主張是因?yàn)槔w核內(nèi)的GeO 缺陷吸收紫外光，造成color center
而改變了光纖的吸收光譜而造成光纖折射率的變化。
因此一般增加折射率變化的方法主要是增加摻鍺濃度。例如：摻硼可以減小數(shù)值
孔徑，從而容許增大鍺含量，以提升其感旋光性。用氫氣焰來回烘燒要感光的區(qū)段，在
溫度高達(dá)1700℃下持續(xù)約20 分鐘之后，能增加光纖中的鍺缺陷，使同樣的紫外光曝
光，折射率改變?cè)龃笫兑陨稀?br>在充氫氣的環(huán)境下進(jìn)行曝光，也可增加感光的靈敏度，降低曝光所需的時(shí)間， 這
是因?yàn)樽贤夤庾哟驍嗔藫诫s點(diǎn)的化學(xué)鍵，這個(gè)處于激發(fā)態(tài)的鍵同附近的H2 分子反應(yīng)
生成了Si－OH 鍵和新的鍺缺陷，伴隨著折射率的增加。其過程是將裸光纖置于幾百
個(gè)大氣壓的高壓氫氣中數(shù)百個(gè)小時(shí)，然后進(jìn)行UV 光曝光，便可以獲得大于光纖核、
纖殼折射率差的折射率增值。折射率差可達(dá)10-2 數(shù)量級(jí),然而氫載的感旋光性是暫時(shí)的，
必須在光纖取出高壓艙后馬上進(jìn)行UV 曝光。
除摻雜濃度外，光纖中的折射率改變量還與許多參數(shù)有關(guān)，如：照射波長(zhǎng)、光纖
類型、光纖溫度以及該段光纖以前的歷史和曝光功率、曝光時(shí)間等。其中，當(dāng)紫外光
脈沖能量小于10mJ 時(shí)可以形成I 型光柵，當(dāng)脈沖的能量大于40mJ 時(shí)，則可以形成Ⅱ
型光柵。
Ⅰ型光柵不穩(wěn)定，它可以被藍(lán)光或綠光擦除，或置于450℃幾秒鐘即被擦除。若
要在被擦除的地方再形成同樣折射率變化的光柵，所需要的曝光量將比前一次的曝光
量更大。
Ⅱ型光柵是很穩(wěn)定的，能在1800℃下經(jīng)過10 小時(shí)而不會(huì)使折射率發(fā)生變化。Ⅱ
型光柵的形成原理不同于Ⅰ型光柵，大于40mJ 的光脈沖在光纖內(nèi)引起幾千度的溫升，
會(huì)使紫外吸收快速增長(zhǎng)。
另外當(dāng)形成Ⅱ型光柵時(shí)，由于強(qiáng)的布拉格反射使在小于布拉格諧振波長(zhǎng)數(shù)十nm
范圍內(nèi)有一附加損耗帶，它起因于導(dǎo)模耦合成纖殼模。要想消除這種損耗，可以從光
纖的結(jié)構(gòu)入手，在纖核和纖殼中間加入一個(gè)中介層，該中介層采用鍺、氟共摻雜，使
它的折射率與纖殼的折射率相當(dāng)。而中介層的鍺含量與纖核內(nèi)鍺含量一樣大。這樣當(dāng)
光纖曝光后，纖核和纖殼的折射率變化相同，這樣導(dǎo)模傳輸?shù)哪?chǎng)區(qū)域內(nèi)折射率變化
相同，便不會(huì)發(fā)生耦合附加損耗了。
最后，在紫外形成光柵中，隨著曝光量的增大雖折射率改變?cè)龃?，但同時(shí)也伴隨
著諧振波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移。其原因是氫載光纖中紫外形成光柵消耗了光纖核區(qū)中
的氫分子，導(dǎo)致纖殼的氫分子向纖核區(qū)和纖外擴(kuò)散，從而折射率增大，波長(zhǎng)變大。氫
載光纖布拉格的漂移增大了制造光柵的難度，波長(zhǎng)的漂移取決于曝光時(shí)光纖中氫分子
的濃度和多少氫分子被消耗。然氫氣焰刷火后形成的紫外光柵，光柵波長(zhǎng)幾乎沒有漂
移。
光纖光柵的光通訊應(yīng)用趨勢(shì)
光纖光柵主要的作用在于濾波，當(dāng)寬帶的光訊號(hào)通過光纖光柵時(shí)，光柵能非常有
效地將波長(zhǎng)滿足布拉格條件的入射光反射，其它波長(zhǎng)的光則不受光柵的影響而通過，
可做成波長(zhǎng)選擇分布反射鏡或濾波器?？刂乒鈻胖芷诳梢宰鞒鲱l寬從0.05nm 的窄頻
周期光柵到12nm 的chirp 寬帶光柵。
(2) 分波多任務(wù)與解分波多任務(wù)
利用光纖光柵的濾波特性，可以將不同波長(zhǎng)的光纖光柵串聯(lián)，將不同的波長(zhǎng)反射
分離而形成一WDM組件。
目前有兩種較可行的WDM 組件制造方法：其一是用光循環(huán)器與不同波長(zhǎng)的光纖
光柵串聯(lián)來分離不同的波長(zhǎng)，不過此法制作上較費(fèi)勞力。另一種方法是用光耦合器與
光纖光柵結(jié)合成Mach-Zehnder 干涉儀結(jié)構(gòu)，再彼此串聯(lián)后可以把不同波長(zhǎng)的信號(hào)加
入傳輸線路或從傳輸線路分離出來。
用光纖光柵作的WDM 組件與輸入光的極性無關(guān)，對(duì)外界的溫度變化也不敏感，
能在1550nm 的波長(zhǎng)范圍對(duì)信號(hào)間距為100GHz 的信號(hào)做有效的分波多任務(wù)與解分波多
工。
(3) 光纖雷射
在一定長(zhǎng)度的摻鉺光纖的兩端做成1550nm 波長(zhǎng)的光柵，兩光柵之間即相當(dāng)于一
諧振腔，用980nm 或1480nm 當(dāng)泵浦雷射激發(fā)，鉺離子就會(huì)產(chǎn)生增益放大而形成光纖
雷射。
由于光柵的選頻作用，諧振腔只能反饋某一特定波長(zhǎng)的光，輸出單頻雷射， 再經(jīng)
過光隔離器即能輸出窄線寬、高功率、低噪聲的信號(hào)雷射。
光纖雷射的優(yōu)點(diǎn)是光纖光柵的兼容性、輸出穩(wěn)定性及光譜純度。與半導(dǎo)體雷射相
比，光纖雷射具有較高的光輸出功率、較低的相對(duì)強(qiáng)度噪聲、極窄的線寬、以及較寬
的調(diào)諧范圍。光纖雷射的線寬可做到小于2.5KHz，顯然優(yōu)于線寬10MHz 的分布反饋
(DFB)雷射。
另外，在WDM 傳輸系統(tǒng)中一個(gè)很重要的參數(shù)就是可調(diào)諧性。光纖雷射不但很容
易實(shí)現(xiàn)調(diào)諧，而且調(diào)諧范圍(>50nm)遠(yuǎn)大于半導(dǎo)體雷射(1～2nm)。
(4) 光纖光柵DFB 雷射
把光纖光柵作為半導(dǎo)體二極管的外腔反射鏡，就可以制出性能優(yōu)越的光纖光柵
DFB 雷射，不僅輸出雷射的線寬窄，易于與光纖系統(tǒng)耦合，而且通過對(duì)光柵加縱向拉
伸力，就能控制輸出雷射的頻率和模式。已有實(shí)驗(yàn)證明，用1.2Gb/s 直接調(diào)變和光柵
控制可得線寬小于50kHz、chirp 小于50Hz 的雷射輸出。
與光纖光柵雷射相比，光纖光柵DFB 雷射其諧振腔較不受溫度影響，因此其輸出
模態(tài)較光纖光柵雷射穩(wěn)定。
(5) 色散補(bǔ)償器
色散是限制光通訊容量的主要因素之一，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了不少色散補(bǔ)償方法。但光纖
布拉格光柵色散補(bǔ)償器與其它方法相比，具有全光纖型、損耗低、體積小、重量輕、
成本低、靈活方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。
早期鋪設(shè)的光纖在1310nm 波長(zhǎng)附近有最小的色散；不過為了配合EDFA 的使用，
目前大都改用1550nm 波段，然而在1550nm 處負(fù)色散區(qū)藍(lán)光分量快于紅光分量，將
產(chǎn)生明顯的色散問題。解決的辦法之一是在適當(dāng)?shù)木嚯x處加裝光纖光柵色散補(bǔ)償元
件。其原理是利用chirp 光柵在不同點(diǎn)有不同的Bragg 波長(zhǎng)，使光柵周期大的一端在
前，則紅光分量在光柵前端反射，而藍(lán)光分量在光柵末端反射，因此藍(lán)光分量比紅光
分量多走了較長(zhǎng)距離，這樣便在紅藍(lán)光間產(chǎn)生一個(gè)時(shí)差。經(jīng)過光柵以后，滯后的紅光
便會(huì)趕上藍(lán)光，從而產(chǎn)生色散補(bǔ)償作用。目前已用chirp 光柵色散補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)200km
標(biāo)準(zhǔn)光纖的色散補(bǔ)償。
廠商動(dòng)態(tài)
Spectran 公司所生產(chǎn)的Photosil 單模光纖是專門為制造光纖光柵所作的，能在兩
分鐘內(nèi)曝造大于20dB 的高反射率光纖光柵，其數(shù)值口徑和模場(chǎng)直徑亦和標(biāo)準(zhǔn)光纖相
近因此其熔接損失相當(dāng)?shù)汀?br>相位光罩可以復(fù)制大量光纖光柵，然光罩本身制造成本高，加拿大QPS 銷售不同
波長(zhǎng)的低價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相位光罩，其最新產(chǎn)品是可用來制造125mm 長(zhǎng)光柵的相位光罩。另
外光纖光柵的實(shí)驗(yàn)耗時(shí)費(fèi)錢，利用計(jì)算機(jī)仿真輔助可以加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)，QPS 也與Power
Matrix Technology 合作開發(fā)SuperBragg 軟件可用來設(shè)計(jì)uniform and chirp 光纖光柵。
3M 的新產(chǎn)品是在980nm 的雷射二極管的頭端接上一光纖光柵，使少量波長(zhǎng)980nm
的光反射回雷射二極管的共振腔內(nèi)而鎖定波長(zhǎng)，因此可用來穩(wěn)定EDFA 的泵浦雷射激
發(fā)波長(zhǎng)，此光纖光柵的反射率是2~5%，溫度靈敏度是0.012nm/℃，抗壓度是100kpsi。
Lucent Technology 公司已應(yīng)用光纖光柵技術(shù)于六項(xiàng)新商用產(chǎn)品包括980nm
Stabilizer, 980 nm pump reflector, 1480 pump reflector, YAG reflector,1550 nm signal
reflector 和ASE(amplified Stimulated Emission) suppression filter，前三項(xiàng)產(chǎn)品主要是
用來提升光纖放大器的性能，YAG reflector 用于光纖雷射, 1550 nm signal reflector 用
于DWDM系統(tǒng)而ASE(amplified Stimulated Emission) suppression filter 用于消除因使
用光纖放大器而產(chǎn)生的1530nm ASE 噪聲。
Bragg Photonics,Inc.有銷售1300nm 和1500nm 范圍的光纖光柵其信道間隔1nm 能用于
DWDM 并達(dá)ITU 標(biāo)準(zhǔn)，此外Bragg Photonics, Inc.亦有銷售長(zhǎng)周期光纖光柵用于EDFA
增益曲線之扁平化。
LOA 和Cabloptic 公司生產(chǎn)長(zhǎng)周期光纖光柵用于色散補(bǔ)償器，經(jīng)多重曝光其周期
長(zhǎng)達(dá)120 微米。
為克服對(duì)溫度的不穩(wěn)定性， Melles Griot 公司將光纖光柵嵌入于調(diào)溫封裝內(nèi)，其溫
度穩(wěn)定性0.035nm/℃，其波長(zhǎng)間距達(dá)ITU 協(xié)議中DWDM所要求規(guī)格200GHz。
在設(shè)計(jì)DWDM 時(shí)須穩(wěn)定的光源，E-TEK 用光纖光柵來穩(wěn)定雷射光源，其波長(zhǎng)精
確至正負(fù)0.08nm，符合ITU 所要求規(guī)格，其溫度穩(wěn)定性 0.01nm/℃，波長(zhǎng)穩(wěn)定性0.005nm/
12hours，線寬小于100KHz。
結(jié)論
光纖光柵的光學(xué)特性是傳統(tǒng)濾波器不能比的，光纖光柵在光通訊上的應(yīng)用更是非
常廣泛，它很可能成為WDM 的必要組件，并使WDM 能廣泛的用于用戶回路。然從
商品角度來看，要先解決一些技術(shù)問題之后，市場(chǎng)才能夠打開。比如說WDM 的通道
間隔需標(biāo)準(zhǔn)化、光纖光柵較易受溫度改變的影響及其對(duì)溫度穩(wěn)定范圍需提高。
在光纖色散補(bǔ)償和EDFA 光增益曲線平坦的應(yīng)用方面，光纖光柵似乎比其它技術(shù)
更為可行，然由于光放大器間隔尚未決定很難推出色散補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。另外在感應(yīng)器
的應(yīng)用方面其市場(chǎng)將漸大進(jìn)而降低光纖光柵制造成本。
就我國(guó)現(xiàn)況而言，目前有電信研究所、工研院光電所和臺(tái)大等學(xué)術(shù)單位，及幾家
廠商已投入技術(shù)研發(fā)。用途方面，除使用于光通訊的用途之外，亦有很多單位熱衷于
工程方面的感應(yīng)器應(yīng)用。整體而言，誠(chéng)如臺(tái)大教授王倫所指稱：目前我國(guó)雖已具有光
纖光柵的量產(chǎn)技術(shù)，但仍必需克服層層的專利問題，才能順利于世界市場(chǎng)中占有一席
之地。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論