布拉格光栅

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定义:包含周期性折射率调制的反射结构。

光学布拉格光栅是具有周期性变化折射率的透明装置,在某一特定波长附近的波长区域(带宽)的反射率很大,该波长满足布拉格条件:

Gzblg01.png

其中λ 是真空波长,n是折射率,θ 是在介质中相对于正入射的传播角度, Λ 是光栅周期。如果满足以上条件,光栅的波数与入射和反射波的波数差是匹配的。

其它波长的光则几乎不受布拉格光栅的影响,不过还是会在反射光谱中产生一些旁瓣。类似的,其它入射角度的光束也几乎不存在反射。

布拉格波长附近的光束,当光栅足够长时,即使很弱的折射率调制都能实现几乎全反射。由于反射率和折射率与波长有关,布拉格光栅可用做光纤滤波器

Gzblg02.png

图1:布拉格光栅中包含玻璃块用来反射满足布拉格条件的入射光束(左侧)。而其它入射角度的光束则几乎不存在反射。

光纤布拉格光栅示例

  • 将布拉格光栅做成体材料(例如,采用玻璃或者聚合物),通常是采用相干紫外光照射光敏玻璃,利用干涉效应进行空间调制,这称为体布拉格光栅(如图1)。它们的反射带宽介质薄膜反射镜的带宽小很多,因为它们的折射率差较低,可以采用长相互作用长度来进行补偿。(可以实现峰值反射率为99.9%)体布拉格光栅可用于激光二极管中的输出耦合器中;小的反射带宽可以得到窄的辐射带宽(线宽)以及辐射波长对温度的依赖性较低,这在泵浦固态激光器时非常有利。还可以在固态激光器的激光器谐振腔中加入体布拉格光栅,可以稳定或者调谐辐射波长。然而当腔内功率很高时(例如,几十瓦特),存在很多有害的效应,例如反射谱会发生偏移并且反射率减小。当功率不太高时,体布拉格光栅还可以用于频谱组束技术中。
  • 光纤布拉格光栅是由光纤制作的。它可以反射光纤中的光,或者在多模光纤中得到各种类型的模式耦合。光纤布拉格光栅用于光纤激光器中可以固定波长,或者滤除掉特定波长成分,或者用在光纤放大器中实现增益平坦以及光纤传感器中。
  • 有些激光二极管包含内置布拉格光栅(采用半导体技术制作)用来窄化和稳定辐射波长(参阅分布布拉格反射激光器,分布反馈激光器)。

参阅:布拉格反射镜光纤布拉格光栅光学滤波器