一、技術背景：
利?全息?法在 MCF 中寫? FBG ，以及透過激光輻射穿過相位掩模進?光纖曝光。在這兩種情況下、MCF 均通過使?紫外激光輻射 進?了修改（λ≈ 250 nm），并且所有纖芯同時吸收輻射，這導致每個纖芯中寫?的光纖光柵具有接近的諧振波?。然?，這種?法對于制造 FBG 陣列來說并不是很實?，其中每個光柵都有各?的特性（折射率調制的周期和分布），在這種情況下 需要在寫作過程中必須不斷更換相位掩模。
二、直寫技術更新：
隨著可?光和紅外范圍內?功率?秒激光源的出現，FBG寫?技術迎來了新?輪的發展。 由于?秒脈沖吸收的?線性機制，可以以?分辨率（~1 μm）修改?光敏材料（純?氧化硅、藍寶?、氟鋯酸鹽玻璃等）體折射率。這使得不僅可以沿著選定的纖芯寫?FBG ，還可以創建包含布拉格光柵的波導，此外，透過光纖的透明聚合物涂層（丙烯酸酯、聚酰亞胺、ORMOCER 等）制造FBG也成為可能。這些優點使得 fs 寫??法成為傳感器創建的優勢工具。
飛秒直寫的優點在修改具有復雜橫向?何形狀的光纖（例如 多模和多芯光纖） 時尤其明顯，因為它們不僅允許選擇芯模和橫向模式，還可以為每個光柵設置單獨的?何形狀。
三、飛秒直寫研究：
2003年，Mihailov等?證明了利?IR?秒激光輻射進?FBG寫?的可能性（λ=800納?，Δt= 120 秒，F=1kHz），使用相位掩模的對SMF曝光。采?這種?法， 由于飛秒脈沖透過相位掩模后產生±1 級衍射的?涉，會產?折射率的周期性調制。與使?紫外激光源的情況?樣，為了達到材料改性閾值，需要在相位掩模前?放置?個柱?透鏡，將?秒激光聚焦到光纖的纖芯中，從而增加其改性強度。如今，基于使?相位掩模的寫??法?泛?于在?光敏光纖中制造 FBG，通過對?秒激光透過保護涂層寫? FBG也被廣泛研究，但是PM的方式寫入FBG對激光脈沖的能量要求較高 （通常在 0.1 ?1 mJ）。
根據以下表達式：Λ FBG = Λ PM/2。與使?紫外激光 源的情況?樣，為了達到材料改性閾值，在相位掩模前 ?放置?個柱?透鏡，將?秒輻射聚焦到光纖芯中，從 ?增加其強度。如今，基于使?相位掩模的寫??法? 泛?于在?光敏光纖中制造 FBG，以及通過對?秒激光 輻射透明的保護涂層寫? FBG。請注意，該?法對? 秒激光脈沖的能量要求很? （Ep~ 0.1 ?1 mJ），這嚴重限制了可?于寫? FBG 的?秒激光系統的選擇。
四、日趨成熟：
飛秒激光逐點FBG寫?的?法是Martinez 等?在2004年提出的，作者聚焦紅外范圍的?秒激光脈沖（(λ = 800 nm, Δt =150 fs, f = 1 kHz, Ep = 100 nJ)）通過?數值孔徑物鏡聚焦到單模纖芯區域。在這種?法中，光柵的每個“點”是由于使??精度定位臺在光纖勻速運動期間吸收單個?秒激光脈沖?引起的如下圖（三種寫入方法，逐點，逐行，逐面）（The FBG period depends on the fiber travel speed vtr and the laser pulse repetition rate f according to the following expression: ΛFBG = vtr/f.）
五、飛秒激光直寫的特征：
1.飛秒激光點對點寫?FBG?式毫?疑問的優點是對飛秒激光的脈沖能量的要求相對較低 （10 ?100 nJ)，允許選擇更便宜、更緊湊的全光纖?案?秒激光系統。當聚焦具有?斯分布的 fs 光束時，修改區域是雪茄形的（如下、圖1），并且僅與纖芯直徑約為5-10μm的標準單模光纖的部分纖芯重疊，這導致FBG與纖芯模場的重疊積分值相對較?。為了解決這個問題，提出了兩種改進的點對點寫??法。
圖1，?斯光束情況下，?秒激光脈沖在單模光纖橫截?引起的折射率變化
(A）像散?斯光束（B）對于不同的脈沖能量。
2.在第?種?法中，稱為逐線?法，由均勻分布在光纖光軸橫向?向上的單個修改點形成連續線 ，如圖所?圖3(b)。因此，FBG 周期是通過寫?每?后的順序光纖位移來設置的。盡管該?法效率最?，但在寫??度約為1 ?10 mm 的標準FBG??效率較低。
圖3|使?不同的直接?秒寫??法在纖芯中感應出的 FBG 結構?意圖。（A) 逐點法（?斯光束）。 （B) 逐??法（橫向掃描的?斯光束）。 （C) 逐 平??法（像散?斯光束）。
3.第?種?法稱為逐平??法， 基于由于光束整形?增加 fs 修改區域的橫向?積。為此，使?像散光束，該光束是通過在主物鏡前?放置額外的柱?透鏡從?斯光束獲得的。適當選擇柱?透鏡的焦距、物鏡的NA 以及透鏡與物鏡之間的距離，可以增加垂直于光軸?向的修改?積， 如圖所?圖3(c)，該?法的優點是能夠寫?具有低寬帶插?損耗?平的?反射光纖光柵，對于諧振傾?幅度為 25 dB 的 10 毫? FBG，損耗?平不超過 0.02 dB。
該?法的缺點包括對?秒脈沖能量的要求較? Ep 1μJ），并且存在第?個焦點，其中傳播的?秒脈沖的未吸收能量可以導致折射率的不良改變如下圖。
如圖 ?斯光束情況下，?秒激光脈沖在單模光纖橫截?引起的折射率變化 (A）和像散?斯光束（B）對于不同的脈沖能量。
4.FBG直寫系統設置：
如下圖， FBG寫?的技術是?邊將MCF拉過透明插芯的通道（圖5）似乎是最靈活和最有效的?法之? ，因為它 提供了對正交平?中修改區域的位置的控制，使用戶可以指定 FBG ?何形狀（周期、 耦合系數、相移等），并且 適合?于實現上述任?種飛秒直接寫?FBG的?法。使?玻璃?細 管作為插芯，其內徑?光纖直徑?約 5-10 μm。為了補 償像差，?秒激光輻射通過插芯的平坦拋光?聚焦，光纖和?細管壁之間的間隙充滿浸油。光纖的恒速縱向運 動由精密線性平移臺提供，旋轉?度由光纖旋轉器設定。通常， 當修改MCF時，fs光束的焦點被設置為不穿過相鄰纖芯，使用?個額外的鏡頭，其焦點與主焦點對?，允許?們相對于折射率修改點準確地定位選定的纖芯。
