ファイバーグレーティングは、ファイバーコアの屈折率を一定の方法で軸周期的に変調することによって形成される一種の回折格子であり、パッシブフィルターデバイスです。ファイバーグレーティングには、サイズが小さい、接続損失が少ない、光ファイバーとの完全な互換性、スマート材料を埋め込む能力があるという利点があり、その共振波長は、温度、ひずみ、屈折率などの外部環境の変化に敏感です。そして集中、それは光ファイバー通信で使用され、感知分野は広く利用されています。
光ファイバーは過酷な環境で使用されます。損傷の主な原因には、ファイバーコアへの水素による損傷と、光線によるファイバー構造への損傷があります。このような事態が発生しないようにするためには、光ファイバの構造や組成に特別な工夫が必要です。水素元素がファイバーコア内のイオンと反応してファイバーコアの構造を破壊し、伝送損失が増加することが研究により示されています。一方、放射線はエネルギーを伝達し、ファイバーコア内の原子の外部電子に遷移を生じさせ、ファイバーのパフォーマンスをもたらします。劣化。このような事態の発生を回避し、被害を軽減するためには、特殊な構造や材質の光ファイバーを採用する必要があります。研究では、フッ素をドープしたクラッドと純粋なシリカコアを使用すると、水素の損失と放射線の影響を大幅に低減できることが示されています。
しかしながら、これは必然的に新たな問題をもたらすであろう、すなわち、上記の光ファイバコアで準備された光ファイバグレーティングは、油井、原子力発電所、および宇宙空間の高温、高圧、高腐食環境で使用される、永久的な損傷と感染を引き起こします。損失が増えます。従来のファイバーグレーティングの準備方法は、ファイバーグレーティングを準備するエキシマレーザー露光法に基づいているため、使用するファイバーコアには高い感光性が必要であり、ファイバーコアにはゲルマニウムおよびホウ素元素をドープする必要があります。ただし、純粋なシリカコアには感光性がなく、従来の方法ではファイバーグレーティングを作成できません。
フェムト秒レーザーに基づく新しいタイプのファイバーグレーティング準備技術は、上記の問題をうまく解決します。フェムト秒レーザー技術の使用は、高い瞬間エネルギー、非熱処理、および高い処理精度を備えたフェムト秒レーザーの利点を利用しています。システム構成を上図に示します。 800 nmのフェムト秒レーザーを使用し、ビーム整形後、顕微鏡の対物レンズで集光された後、ファイバーコアに集光されます。焦点位置がファイバーコア内にあるかどうかを直接観察することはできないため、裏面CCDと裏面光スポットの形状を観察して焦点位置を判断する必要があります。同時に、広帯域光源と分光器を接続することで、格子作製中のスペクトルの変化をリアルタイムで監視し、格子作製の判断ができます。
フェムト秒レーザー技術によるファイバーグレーティングの作製は、従来の方法と比較して、純粋なシリカファイバー、フッ化物ファイバーなどの非感光性ファイバーにグレーティングを作製できるだけでなく、他の利点もあります。まず、フェムト秒レーザーの準備には位相テンプレートを使用する必要がないため、位相テンプレートの制限を取り除くことができます。理論的には、任意の反射波長のファイバーグレーティングを作成できます。たとえば、フッ化物ファイバー上に2μmおよび3μmのファイバーグレーティングを作成できます。第二に、800 nmフェムト秒レーザーは光ファイバーのコーティング層（アクリレート、ポリイミドなど）を透過できるため、グリッド作成プロセス中に光ファイバーのコーティング層を剥がす必要がなく、準備されたファイバーグレーティング。さらに重要なことは、エキシマによって作成されたファイバグレーティングは高温に耐えることができません。温度が150°Cを超えると、ファイバーのパフォーマンスが低下し始めますが、フェムト秒レーザーで作製されたグレーティングは、1000°Cまでの温度に耐えることができ、高温環境で使用できます。
したがって、ファイバーグレーティングテクノロジーのフェムト秒レーザー準備の出現により、さまざまな過酷な環境でのファイバーグレーティングセンシングテクノロジーのアプリケーションが大幅に解決されました。石油およびガス工学の分野で適用されるファイバーグレーティングは、水素損失に耐性がなければならず、多くの場合、300℃の高温にも耐える必要があります。ファイバーレーザーの分野では、2μmおよび3μmファイバーレーザーシステムはフッ化物ファイバーグレーティングを使用する必要があります。原子力発電所では、宇宙空間などの光線環境では、ファイバーグレーティングは高い光線エネルギーに耐える必要があります。これらの特殊な過酷な環境では、フェムト秒レーザーで作成されたファイバーグレーティングがすべての特殊な要件を満たし、ファイバーグレーティングセンシング技術の応用分野を大幅に拡大できます。