A grade de fibra é uma espécie de grade de difração formada pela modulação axial periódica do índice de refração do núcleo da fibra por meio de um determinado método, e é um dispositivo de filtro passivo. Porque a grade de fibra tem as vantagens de tamanho pequeno, baixa perda de emenda, compatibilidade total com fibras ópticas e a capacidade de incorporar materiais inteligentes, e seu comprimento de onda de ressonância é mais sensível a mudanças no ambiente externo, como temperatura, tensão, índice de refração, e concentração, é usado na comunicação de fibra óptica e O campo de detecção tem sido amplamente utilizado.
As fibras óticas são usadas em ambientes hostis. As principais causas de danos incluem danos por hidrogênio ao núcleo da fibra e danos à estrutura da fibra causados por raios. Para evitar a ocorrência da situação acima, a estrutura e a composição da fibra óptica precisam receber tratamento especial. Estudos têm mostrado que o elemento hidrogênio reage com os íons no núcleo da fibra para destruir a estrutura do núcleo da fibra, resultando em maior perda de transmissão; enquanto a radiação transfere energia, fazendo com que os elétrons externos dos átomos no núcleo da fibra passem por transições, resultando no desempenho da fibra. deterioração. Para evitar a ocorrência da situação acima e reduzir os danos que ela acarreta, é necessária a adoção de fibras ópticas com estruturas ou materiais especiais. Estudos têm mostrado que o uso de revestimento dopado com flúor e núcleo de sílica pura pode reduzir significativamente a perda de hidrogênio e os efeitos da radiação.
No entanto, isso inevitavelmente trará novos problemas, ou seja, a grade de fibra óptica preparada no núcleo de fibra óptica acima mencionado é usada em ambiente de alta temperatura, alta pressão, alta corrosão em poços de petróleo, usinas nucleares e espaço cósmico, causando dano permanente e transmissão. A perda aumenta. Como o método de preparação de grade de fibra tradicional é baseado no método de exposição a laser de excímero para preparar a grade de fibra, o núcleo de fibra usado deve ter alta fotossensibilidade e o núcleo de fibra precisa ser dopado com elementos de germânio e boro. No entanto, o núcleo de sílica pura não tem fotossensibilidade e os métodos tradicionais não podem ser usados para preparar grades de fibra.
Um novo tipo de tecnologia de preparação de grade de fibra baseada em laser de femtossegundo resolve bem os problemas acima. O uso da tecnologia de laser de femtossegundo faz uso das vantagens do laser de femtossegundo com alta energia instantânea, processamento não térmico e alta precisão de processamento. A estrutura do sistema é mostrada na figura acima. Usando o laser de femtossegundo de 800 nm, após a formação do feixe, ele é focalizado no núcleo da fibra após ser focalizado por uma lente objetiva do microscópio. Uma vez que não é possível observar diretamente se a posição focal está localizada no núcleo da fibra, é necessário avaliar a posição focal observando o CCD voltado para trás e observando a forma do ponto de luz voltado para trás. Ao mesmo tempo, ao conectar uma fonte de luz de banda larga e um espectrômetro, ele pode monitorar as mudanças no espectro durante a preparação da grade em tempo real e julgar a preparação da grade.
A fabricação de grades de fibra por tecnologia de laser de femtossegundo, em comparação com os métodos tradicionais, não apenas pode fabricar grades em fibras não fotossensíveis, como fibra de sílica pura, fibra de fluoreto, etc., mas também tem outras vantagens. Primeiro, a preparação do laser de femtossegundo não requer o uso de um modelo de fase, portanto, pode se livrar da limitação do modelo de fase. Teoricamente, grades de fibra com qualquer comprimento de onda de reflexão podem ser preparadas, por exemplo, grades de fibra de 2μm e 3μm podem ser preparadas em fibras de fluoreto; em segundo lugar, 800nmfemtossegundos. O laser pode penetrar na camada de revestimento (acrilato, poliimida, etc.) da fibra óptica, portanto, não há necessidade de retirar a camada de revestimento da fibra óptica durante o processo de fabricação da grade, o que melhora muito a resistência da a grelha de fibra preparada. Mais importante ainda, as grades de fibra preparadas por excimer não podem suportar altas temperaturas. Quando a temperatura é superior a 150 ° C, o desempenho da fibra começa a degradar, enquanto as grades preparadas por lasers de femtossegundo podem suportar temperaturas de até 1000 ° C e podem ser usadas em ambientes de alta temperatura.
Portanto, o surgimento da tecnologia de preparação de laser de femtossegundo de grade de fibra resolveu muito a aplicação da tecnologia de detecção de grade de fibra em uma variedade de ambientes hostis. Aplicadas no campo da engenharia de petróleo e gás, as grades de fibra devem ser resistentes à perda de hidrogênio e, em muitos casos, também precisam suportar altas temperaturas de 300 ° C; no campo dos lasers de fibra, os sistemas de laser de fibra de 2 μm e 3 μm precisam usar grades de fibra de fluoreto; em usinas nucleares, em ambientes de raios, como o espaço cósmico, grades de fibra precisam resistir a energia de raios elevados. Nestes ambientes severos especiais, grades de fibra preparadas por lasers de femtosegundo podem atender a todos os requisitos especiais, expandindo muito os campos de aplicação da tecnologia de detecção de grade de fibra.