我們知道在高功率光纖激光器中有一類failure是光柵燒損。為了減少這種情況，一般光柵器件廠家在生產(chǎn)檢測時(shí)是通過使用高功率的Pump光進(jìn)行通光檢測的。檢測辦法也很簡單，主要是看高功率通光之后光纖柵區(qū)的溫度，只要其數(shù)值低于規(guī)定的上限即可。有些同學(xué)能疑惑，作為傳輸光纖的部分，光纖光柵的本質(zhì)是光纖纖芯中周期性的折射率調(diào)制。但僅是折射率不同而已，并不像增益光纖那樣內(nèi)部有稀土離子對泵浦光進(jìn)行吸收，為什么也會(huì)有熱量產(chǎn)生呢？

下面嘗試來定性分析一下，對錯(cuò)與否供大家討論：

首先，我們在實(shí)際使用的過程中確實(shí)觀察到了熱量的產(chǎn)生，且隨著功率的提升有一定的線性關(guān)系。既然有熱量產(chǎn)生，中學(xué)物理告訴我們這里必然存在著能量轉(zhuǎn)化：部分傳輸?shù)墓饽苻D(zhuǎn)化成了光纖的內(nèi)能（熱能），而光纖內(nèi)能是由組成它的分子能量（勢能+動(dòng)能）組成的。這就好理解了，我們大膽推測一下：由于光子與光纖中物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生了能量轉(zhuǎn)化。

那我們再討論一下為什么光子會(huì)和光纖物質(zhì)產(chǎn)生相互作用？由于光子有粒子的特性，它在傳輸?shù)倪^程中難免會(huì)和光纖中的微粒產(chǎn)生碰撞（散射），尤其是與布拉格波長不完全匹配的光。又是初中物理告訴我們：散射可分為彈性散射和非彈性散射：

彈性散射只改變光子方向不改變能量->如瑞利散射，此散射不改變光子的波長，不直接產(chǎn)生能量損耗。但是雖然光子能量沒有發(fā)生變化，但由于速度方向發(fā)生了變化，部分會(huì)從纖芯中溢出到包層甚至外部的涂覆層（包層模、輻射模）。涂覆層通常是丙烯酸酯、聚酰亞胺等高分子材料，這些材料對光纖激光器的工作波長（如 1064nm, 1080nm）有很強(qiáng)的吸收。因此最終也會(huì)產(chǎn)生熱量。

非彈性散射既改變光子方向也改變能量->如拉曼散射、布里淵散射，這類散射會(huì)改變光子的波長（光譜上產(chǎn)生新的波長）。一般光子損失了能量波長會(huì)往長波方向漂移，損失的這部分能量直接轉(zhuǎn)移給光纖物質(zhì)（產(chǎn)生聲子/分子振動(dòng)），這部分能量最終也產(chǎn)生熱能。

另外這里也大膽猜測一下：包層（石英）本身對工作波長的吸收雖然很低，但由于可能存在的雜質(zhì)（如Fe2?, Cu2?, OH?）或其它缺陷等并非絕對為零，長時(shí)間高功率下也會(huì)有貢獻(xiàn)。

再說纖芯部分，由于光柵的柵區(qū)本身就是因激光刻蝕產(chǎn)生的周期性折射率調(diào)制，因而在激光寫入的過程中可能引入缺陷和應(yīng)力，這些局部的缺陷也可能吸收光子的能量進(jìn)而轉(zhuǎn)化為晶格的振動(dòng)（熱能）。

本文內(nèi)容轉(zhuǎn)載自，公眾號“Laser R&D”《光纖光柵為什么會(huì)發(fā)熱》，版權(quán)歸原作者所有，僅用于學(xué)習(xí)、交流用途。如涉及版權(quán)問題或侵權(quán)內(nèi)容，請及時(shí)聯(lián)系我們（手機(jī)|微信：13697356016），我們將第一時(shí)間處理或刪除。