第二章 光纖光柵原理
2. 布拉格光纖光柵製作
布拉格光纖光柵的製作方法主要可分為全像干涉法(holography method)和相位光罩法(phase mask method)。由於相位光罩法可以大批 量的製作出我們所需要的布拉格光纖光柵。所以在本論文中，所使用的 布拉格光纖光柵為相位光罩法製作而成。
(1) 相位光罩法
將所需的數位式圖案蝕刻在石英玻璃基板上，製作成具有產生 繞射功能的相位光罩(phase mask)，接著用紫外光照射光罩，產生
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階繞射光，±2 階繞射光，當繞射光互相干涉時，便會形成明暗相 間條紋來曝照在光纖上，製作成布拉格光纖光柵。因為相位光罩法 不易受到環境震動的影響，對光的同調性要求也沒那麼高，所以目 前被普遍使用。如圖 2-2-1 所示：
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1m=0
m=-1
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圖 2-2-1 相位光罩法示意圖
(2) 布拉格光纖光柵製作
本論文中採用相位光罩法製作布拉格光纖光柵，圖 3-7 為相位 光罩法實驗架構示意圖。所使用儀器有:
(1)準分子雷射 (2)光圈 (3)聚焦鏡 (4)光罩 (5)光罩載台 (6)光纖 (載氫光纖或感光性光纖) (7)掺鉺光纖放大器(EDFA) (8)光譜分析 儀(OSA)。
實驗中使用 48nm(KrF)準分子雷射對掺鍺高感光性光纖或高壓 載氫光纖進行曝光，使得感光性光纖或載氫光纖內的纖核折射率產 生改變，形成具有布拉格光纖光柵的結構。
248nm(KrF)準分子雷射發出紫外光以後，先經過光圈及聚焦鏡 的聚焦成為線型光，當光進入相位光罩後，會產生繞射的現象，在 光纖上形成亮暗間距的雷射強度分布，進而改變光纖中纖核層的折 射率，折射率具有週期性變化。
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圖 2-2-2 布拉格光纖光柵製作系統架構示意圖
布拉格光纖光柵的製作過程:開啟準分子雷射，測量雷射能量的 強度，如果準分子雷射能量強度過強將會造成相位光罩的毀損，能 量強度太弱則會影響布拉格光纖光柵的製作與製程時間，接著調整 雷射光聚焦位置到光纖載具上的光纖完成聚焦。然後在光罩載台上 放入相位光罩後置於光纖載具前。把光纖的披覆層(package )剝 除，在將光纖至於光纖載台上並使用酒精棉片去擦拭，確切的把光 纖擦拭乾淨，否則在曝光過程中殘渣會損害相位光罩。然後調整光 纖載台使相位光罩與光纖之間沒有空隙。實際聚焦的位置大概在光 罩跟光纖之後，要是聚焦在光罩上，會因為能量太強而造成光罩上 結構的破壞，由於光纖為裸光纖，聚焦能量如果過強的話會可能造 成光纖的斷裂。
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在光纖另一端，會接上光纖偶合器(Coupler)來連接 EDFA 與 OSA 便於觀察光纖光柵的形成，Coupler 一端注入 EDFA 的光源，在 另一端接上 OSA，Coupler 單端接上製作成布拉格光纖光柵的光纖，
將 EDFA 光源開啟後，可以於 OSA 觀測到 EDFA 頻譜圖。如圖 2-2-3 所示。
圖 2-2-3 EDFA 頻譜圖
接著打開準分子雷射遮罩，在經過數分鐘的曝光後，在 OSA 的 觀察可以看到反射波長能量漸漸的穩定，此時布拉格光纖光柵結構 已經趨於飽和，如果繼續曝光的話會破壞布拉格光纖光柵結構。製 作布拉格光纖光柵反射頻譜如圖 2-2-4 及圖 2-2-5 所示，圖 2-2-4 為使用相位光罩 A(反射中心波長 1556nm )，圖 2-2-5 為使用相位 光罩 B(反射中心波長 1549nm )。
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圖 2-5-4 布拉格光纖光柵反射頻譜圖(反射中心波長 1556nm ) 圖 2-2-5 布拉格光纖光柵反射頻譜圖(反射中心波長 1549nm ) 布拉格光纖光柵製作系統架設圖：
圖 2-5-6 布拉格光纖光柵製作系統架設
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圖 2-2-7 EDFA 及 OSA 圖 2-2-8 (左上)相位光罩 B(左下)光罩 載台 B(右上)光罩 A(右下) 載台 A
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表 2-2-2-1 相位光罩 A 之參數
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表 2-2-2-2 相位光罩 B 之參數
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表 2-2-3-1 為掺鍺高感光性光纖之參數，圖 2-2-10、圖 22-11 為使用摻鍺高 感光性光纖製作而成的布拉格光纖光柵反射頻譜圖：
表 2-2-2-3 掺鍺高感光性光纖參數
圖 2-2-9 布拉格光纖光柵反射頻譜圖 圖 2-2-10 布拉格光纖光柵反射頻譜圖 圖 2-2-9 所示，此為使用相位光罩 A 所製作的布拉格光纖光柵，其中心反射 波長 1556nm ，中心反射波長強度-34.47dBm。
圖 2-2-10 所示，此為使用相位光罩 B 所製作的布拉格光纖光柵，其反射中 心波長 1549nm ，中心反射波長強度-34.12dBm。
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表 2-2-2-4 為高壓載氫光纖之參數
表 2-2-2-4 高壓載氫光纖之參數(高壓載氫光纖)
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圖 2-2-11 布拉格光纖光柵反射頻譜圖
圖 2-2-11 所示，此為使用相位光罩 A 所製作的布拉格光纖光柵，其中心反 射波長 1556nm ，中心反射波長強度為-44.94dBm。
圖 2-2-12 布拉格光纖光柵反射頻譜圖
圖 2-2-12 所示，此為使用相位光罩 A 所製作的布拉格光纖光柵，其中心反 射波長 1556nm ，中心反射波長強度為-42.03dBm。