光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，是一種無源濾波器件。由于光纖光柵具有體積小、熔接損耗小、全兼容于光纖、能埋入智能材料等優(yōu)點(diǎn)，并且其諧振波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)變、折射率、濃度等外界環(huán)境的變化比較敏感，因此在光纖通信和傳感領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展光纖在通信及傳感領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛已經(jīng)滲透到一些特殊的環(huán)境中。例如油井下的高溫高壓、高腐蝕性環(huán)境，核電站、宇宙空間等射線環(huán)境中，這些環(huán)境中，傳統(tǒng)的光纖會(huì)在外界環(huán)境影響下，造成光纖的永久性損傷，傳輸損耗增加，限制了光纖的使用。

光纖在上述環(huán)境中使用，造成光纖損傷的原因主要包括氫元素對(duì)光纖纖芯的損傷，以及射線對(duì)光纖結(jié)構(gòu)的破壞帶來的損傷。為了避免上述情況的發(fā)生，需要對(duì)光纖的結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行特別處理。研究表明，氫元素通過與光纖纖芯中的離子發(fā)生反應(yīng)，破壞纖芯的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳輸損耗增加;而射線則是通過傳遞能量，使纖芯中原子的外層電子發(fā)生躍遷，引起光纖性能惡化。為了避免以上情況的出現(xiàn)，降低其帶來的損害，需要采用特殊結(jié)構(gòu)或材料的光纖。研究證明，采用包層摻氟，纖芯為純二氧化硅的光纖，能夠大大降低氫損和射線的影響。

但是，這必將帶來新的問題，即在上述光纖纖芯中制備光纖光柵，用于油井下的高溫高壓、高腐蝕環(huán)境，核電站、宇宙空間等射線環(huán)境下的光纖光柵傳感監(jiān)測(cè)中。由于傳統(tǒng)的光纖光柵制備方法是基于準(zhǔn)分子激光曝光的方法制備光纖光柵，要求使用的光纖纖芯具有高的光敏性，需要在光纖纖芯中摻雜鍺元素和硼元素。而純二氧化硅纖芯，不具有光敏性，無法采用傳統(tǒng)方法制備光纖光柵。

而一種基于飛秒激光的新型的光纖光柵制備技術(shù)很好的解決了上述問題。使用飛秒激光技術(shù)，是利用了飛秒激光瞬時(shí)能量高、非熱加工、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)請(qǐng)見上圖。采用800nm的飛秒激光器，經(jīng)光束整形后，通過顯微物鏡聚焦后，會(huì)聚于光纖纖芯之上。由于無法直接觀測(cè)焦點(diǎn)位置是否位于光纖纖芯，需要通過背向CCD，通過觀察背向光斑形狀，判斷焦點(diǎn)位置。同時(shí)，接上寬帶光源和光譜儀，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光柵制備過程中，光譜變化，判斷光柵制備情況。

通過飛秒激光技術(shù)制備光纖光柵，相對(duì)于傳統(tǒng)方法，不僅能夠在非光敏光纖上制備光柵，如：純二氧化硅光纖、氟化物光纖等，還具有其他優(yōu)點(diǎn)。首先，飛秒激光制備，不需要使用相位模板，因此可以擺脫相位模板的限制，理論上可以制備任何反射波長(zhǎng)的光纖光柵，例如在氟化物光纖制備2um、3um光纖光柵;其次，800nm的飛秒激光能夠透過光纖的涂覆層(丙烯酸酯、聚酰亞胺等)，因此，制柵過程中不需要?jiǎng)兂饫w涂覆層，使制備的光纖光柵強(qiáng)度大大提高。更主要的，準(zhǔn)分子制備的光纖光柵，無法承受高溫度，當(dāng)溫度高于150度，光纖性能開始退化，而飛秒激光制備的光柵，耐溫能夠達(dá)到1000度，能夠使用在高溫環(huán)境中。

因此，飛秒激光制備光纖光柵技術(shù)的出現(xiàn)，大大解決了光纖光柵傳感技術(shù)在多種惡劣環(huán)境中的應(yīng)用問題。應(yīng)用于油氣工程領(lǐng)域，光纖光柵必須具備抗氫損的性能，很多情況下還需要耐受300度的高溫;而在光纖激光領(lǐng)域，2um、3um光纖激光系統(tǒng)需要采用氟化物光纖光柵;在核電站、宇宙空間等射線環(huán)境中，光纖光柵需要承受很高的射線能量。在這些特殊的惡劣環(huán)境中，飛秒激光制備的光纖光柵能夠滿足所有的特殊要求，使得光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展。