文 献 综 述
摘要：
光纤光栅在现代光纤通信和光纤传感中扮演了重要角色，光纤光栅的发展依赖于其刻写技术的发展。传统的光纤光栅制造方式存在一系列弊端，而飞秒激光刻写光栅则具有制造过程灵活简便，热稳定性好等等优势，具有很好的发展前景。然而目前飞秒激光刻写技术并不成熟，其制造的光栅折射率分布较为复杂，通过对其光谱的模拟仿真将有利于我们对相关实验现象的理解。
关键字：光纤光栅 飞秒激光刻写 光谱特性
一、研究背景
以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感技术在近几十年中经历了日新月异的发展，推动了人类的进步。光纤通信以其低损耗、高带宽的特性，成为世界通信建设和发展的主体之一；光纤传感以其安全、抗干扰、灵敏、体小质轻等优势，成为传感技术发展的主流方向之一。而光纤光栅的出现给相关领域带来里程碑式的革命，基于光纤光栅，人们设计并制造出大量新型有源/无源器件和智能传感元件[1][2]。
光纤光栅的基本功能原理：通过折射率的周期性变化的特殊光纤结构，对不同波长的光传输进行调控，使通过光纤的某些波长的光在传输中衰减损耗或者反射，从而实现不同的光谱特性。
1978年，加拿大通信中心的Hill等人利用驻波法在掺锗光纤中研制出世界上第一个布拉格光纤光栅。该方法要求掺锗量高、芯径小，因此实用性受限。1988年美国东哈特福德联合技术研究中心的Meltz等人提出了横向全息成栅技术，即用两束相干紫外光形成的干涉条纹侧面曝光氢载光纤写入光纤布拉格光栅。该写入方法对光源和周围环境的稳定性要就很高，对光源的相干长度要就严格，因此实用性也不强。1993年，Hill等人又提出了相位掩模法，即用紫外光垂直照射相位掩模形成的衍射条纹曝光氢载光纤写入光纤布拉格光栅。该方法为目前最成熟，它降低了对光源的要求，简化了写入过程，使得光纤光栅走向实用化和产业化。1996年，贝尔实验室的A.M.Vengsarkar等人用紫外光通过振幅掩模板照射氢载光纤，首次制造出能够实现基模和同乡传输包层模耦合的长周期光栅[3]。
如上所述，光纤光栅的发展很大程度上取决于其制造技术的发展。常用的光线光栅的加工技术有：纵向驻波干涉法、双光束横向全息曝光法、相位掩模法、振幅掩模法、CO2激光逐点写入法、离子束入射法以及新型制造方式——飞秒激光加工法。目前布拉格光栅最主要的制造方法是相位掩模法，而长周期光栅的主要制造方法是振幅掩模和CO2激光逐点写入法。但是不同的方法影响着光纤的性能，如紫外光曝光利用光纤的光敏性，其制造出的光纤光栅温度稳定性较低；CO2激光逐点写入法利用热效应引起的残余应力释放，但其制造出的光线光栅具有较大的插入损耗，易使光纤变形。同时传统方法还存在制造过程复杂，成本较高等问题。
近年来，飞秒激光技术成为光纤光栅制作方法上的重大突破。飞秒激光的秒冲能量较低，但由于其极窄的脉宽，使其具有极高的峰值功率，聚焦后能在普通光纤上进行光栅的刻写。该技术的优势在于：
