一、光纤光栅概述
光纤光栅(fiber grating)是一种新型的光无源器件。它是利用光纤材料的光敏特性在光纤的纤芯上建立的一种空间周期性折射率分布，其作用在于改变或控制光在该区域的传播行为方式。除具有普通光纤的特性之外，它还具有一些 的性质。它的出现，使许多复杂的全光纤通信网络和传感网络成为可能，并地拓宽了光纤技术的应用范围，并由此产生了许多重要的应用。
1978年，加拿大的Hill等人 观察到掺锗光纤中因光诱导产生光栅的效应。他们利用488nm氢离子激光照射掺锗的光纤，在光纤中产生驻波干涉条纹，造成纤芯折射率沿轴向的周期性分布。制成了世界上 只被称为“Hill光栅”的光纤光栅，开创了光纤光栅研究与应用的先河。
此后，由于受写入效率低等因素的影响，在相当一段时间内，其进展缓慢。但在1989年， 的Meltz等人发明了紫外光侧面写入光敏光栅的技术，这项技术不效地提高了光纤光栅的写入效率，而且还可以通过改变两束相干光的夹角对光纤光栅波长进行调控，为光纤光栅实用化开辟了一条可行的道路。
1993年，Hill等人提出了位相掩模写入技术，地放宽了对写入光源相干性的要求，使光纤光栅的制作 加灵活并使光栅的批量生产成为可能。
此后，世界各国对光纤光栅及其应用的研究开展起来。光纤光栅的制作及光纤光敏化技术不断取得新的进展，其制作技术也不断提高和完善。随着研究的不断深入，光纤光栅的优良特性也逐步展现出来，如成本低，稳定性好，体积小，抗电磁干扰性好，感应信息波长编码等，尤其本身就是由光纤制作而成，便于与光纤结合，使得全光纤化的一维光子集成成为可能。光纤光栅的研制成功，成为继掺杂光纤放大器技术之后，光纤的又一重大突破。
二、光纤光栅的分类
光纤光栅是光纤导波介质中物理结构呈周期性分布的一种光子器件，根据物理机制的不同可分为蚀刻光栅和折射率调制的位相光栅两类。前者在成栅过程中使光纤的结构出现明显的物理刻痕，后者主要在纤芯中形成折射率周期性分布。目前，无论用于还是工程实用，后者均占主导地位。因此，通常所说的光纤光栅指的是后者。
先、根据光敏机制的不同，可将光纤光栅分为以下三种类型：Ⅰ型、ⅡA(Ⅲ)型和Ⅱ型光纤光栅。
1.Ⅰ型光纤光栅：这是一种 为常见的光栅类型，使用脉冲或连续激光作为光源，在掺杂浓度较低的光纤内产生局部缺陷引起折射率变化形成的，其折射率调制与平均折射率均随曝光量呈单调增长，折射率变化在0.00005~0.003，此类光栅的特点是：导波模的反射谱与透射谱互补，温度稳定性较差，超过300℃时可导致光栅的擦除。
2.ⅡA型光纤光栅：是在Ⅰ型光栅的基础上，随着曝光时间的进一步增加而形成的，此类光栅的折射率调制随曝光量呈现负增长趋势，需要较高的UV曝光量(＞500J/c㎡)，或者在掺杂浓度较高的光纤(例如高掺锗或硼锗共掺光纤)内形成结构重构引起折射率变化，其温度稳定性较好，可达500℃。
3.Ⅱ型光纤光栅：是在 UV曝光量，瞬间局部温度达上千度，熔化石英基质造成纤芯物理破坏引起折射率变化。其折射率变化较大，可达0.02量级，有的包层损耗，因此该类光栅在光谱曲线上与前两种类型不同，其反射峰较宽，透射谱中波长大于其布喇格波长的光波透射，而波长小于布喇格的光祸合入包层被损耗。Ⅱ型光纤光栅具有很高的热稳定性，可达800℃。
其次、根据由于折射率的变化导致的结构差异，即光纤光栅空间周期分布及折射率调制分布是否均匀，可以将其分为均匀光纤光栅和非均匀光纤光栅两大基本类型。
(一)均匀光纤光栅：指栅格周期沿纤芯轴向均匀且折射率调制为常数的一类光纤光栅。从光栅周期的长短及波矢方向的差异等因素考虑，这类光纤光栅的典型代表有光纤布喇格光栅、长周期光纤光栅和闪耀光纤光栅等。
1.光纤布喇格光栅：栅格周期一般为102nm量级，折射率调制一般为0.003~0.00005，光栅波矢方向与光纤轴线方向一致。这种光纤光栅具有较窄的反射带宽(~0.1nm)和较高的反射率(~100%)，其反射带宽和反射率可以根据需要，通过改变写入条件而加以灵活地调节。这是 早发展起来的一类光纤光栅，目前在光纤通信及光纤传感应用 广泛。
2.长周期光纤光栅：栅格周期远大于布喇格光栅的栅格周期，一般为几十到几百微米，光栅波矢方向与光纤轴线方向一致。与光纤布喇格光栅不同，长周期光纤光栅是一种透射型光纤光栅，它不是将某个波长的光反射，而是祸合到包层中损耗掉。这种光纤光栅除具有插入损耗小、易于集成等优点外，还是一种性能优异的波长选择性损耗元件，目前主要用于掺饵光纤放大器的增益平坦和光纤传感。
3.闪耀光纤光栅：与光纤布喇格光栅不同之处在于光栅波矢方向与光纤轴线方向有 的交角。这种光纤光栅不但能引起反向导模的祸合，而且还能将基模祸合到包层模中辐射掉。这种宽带损耗特性可用于掺饵光纤放大器的增益平坦。对交角很小的闪耀，可做成模式转换器，将一种导模祸合到另一种导模之中。
(二)非均匀光纤光栅：栅格周期沿纤芯轴向不均匀或折射率调制不为常数。从栅格周期与折射率调制等因素考虑，这类光纤光栅的典型代表有线性啁啾光纤光栅、分段啁啾光纤光栅以及非均匀特种光纤光栅等。
1.线性啁啾光纤光栅：栅格周期沿纤芯轴向在整个区域内单调、连续、准周期线性变化，折射率调制为常数。这种啁啾光纤光栅可视为仅对光栅周期进行线性调制的情况。
2.分段啁啾光纤光栅：栅格周期沿纤芯轴向在分段区域内单调、连续、准周期线性变化，而折射率调制为常数。
这两种啁啾光纤光栅具有的共同特点是：反射带宽远大于均匀周期光栅的带宽，可达几十nm，主要用于色散补偿和光纤放大器的增益平坦。
3.非均匀特种光纤光栅：采用特定形式的函数对光纤光栅的栅格周期或折射率调制进行调制，将具有性能的啁啾光纤光栅。典型的有如下几不中：
①相移光纤光栅：这种光纤光栅可视为光纤布喇格光栅、长周期光纤光栅或啁啾光纤光栅的栅格周期被8函数调制的结果，而折射率调制不变，实际上是在某些特定的位置(一点或若干点)引入间断点使光纤光栅的折射率空间产生不连续分布，亦即若干个周期性光栅的不连续连接结果，其中的每个间断点都会产生一个确定的相移。其主要特点是：可在周期性光栅的光谱阻带内打开若干个透射窗口，使得光栅对某一波长或多个波长有 高的选择度。利用相移型光纤布喇格光栅可以构造多通道滤波器件，通过选择合适的相移位置与相移量制作的相移型长周期光纤光栅，可用于EDFA的增益平坦，它们在光通信及光谱分析等研究具有很高的应用价值。
②超结构光纤光栅：这种光纤光栅可视为布喇格或啁啾光纤光栅的栅格周期被方波函数调制的结果，而折射率调制不变，其反射谱具有一组分立的反射峰。由光纤布喇格光栅调制而成的超结构光纤光栅，其反射谱的波长间隔相等，在梳状滤波器、多波长光纤激光器及光纤传感具有应用价值；由啁啾光纤光栅调制而成的超结构光纤光栅，在波分复用通信系统中的色散补偿方面具有潜在的应用价值，用一根这种超结构光纤光栅可实现多信道的同时色散补偿。
③Tapered光纤光栅：这种光纤光栅可视为光纤布喇格光栅的折射率调制被特定的函数(如正弦或余弦函数的平方)调制的结果，而栅格周期不变。根据实际需要，通过改变调制函数及有关参数可控制其反射谱的形状。常见的有高斯分布型及正弦调制型，前者被用于压制光栅反射谱的边瓣进行色散补偿效果，后者被用于光纤环形腔激光器产生多波长激光输出。
④Moiré光纤光栅：即摩尔光纤光栅。这种光纤光栅可视为光纤光栅(布喇格或啁啾光纤光栅)的栅格周期与折射率调制被特定函数(如正弦或余弦函数)共同调制的结果，其折射率分布是一种具有慢变包络的快变结构。Moiré光纤光栅有布喇格Moiré光纤光栅与啁啾Moiré光纤光栅之分，其制作方法是采用两个具有微小周期差异的紫外条纹，对光纤同一位置进行二次曝光。Moiré光纤光栅的谱特征是在反射带中开一个很窄的透射窗口，实际上相当于一个λ/4相移光纤光栅，在滤波器、色散补偿及通道选择器等方面具有良好地应用前景。
此外，还有取样光纤光栅、Tophat光纤光栅等。
三、光纤光栅传感技术
作为光子研究的一种新兴技术，以光纤光栅为基本传感器件的传感技术的研究应用近年来受到普遍关注，各国研究者积极开展有关研究工作。目前，已报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有：温度、应变、压力、位移、压强、扭角、扭矩(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率、浓度、热膨胀系数、振动等，其中一部分光纤光栅传感系统已经实际应用。目前，以布喇格光纤光栅(FBG：fiber Brae grating)为传感器件的传感器为主流，以长周期光纤光栅(LPG：long period fiber grating)和啁啾光纤光栅(CFG：chirp fiber grating)的传感器的研究也引起了人们的兴趣。
