本文是 Kenneth O. Hill 与 Gerald Meltz 于 1997 年 8 月在 journal of lightwave technology 上发表的题为 “fiber bragg grating technology fundamentals and overview” 的特邀综述论文。该论文全面回顾了光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating， FBG）技术从其历史起源到当时最新进展的方方面面，系统阐述了其基本原理、制作技术、特性及应用前景。作为该领域的奠基性文献，它不仅是对过往研究的总结，更是指引未来发展方向的重要蓝图。
本综述首先回顾了光纤光敏性的历史发现。论文指出，光纤布拉格光栅的永久性写入最初于 1978 年由 Hill 等人在加拿大通信研究中心（CRC）观察到。他们将氩离子激光器的强光注入掺锗光纤，发现几分钟后后向反射光强度急剧增加，最终几乎将所有入射光反射回去。通过应变和温度调谐进行的光谱测量证实，在整段一米长的光纤中形成了一个窄带的布拉格光栅滤波器。这一成果被称为“希尔光栅”，它揭示了掺锗石英光纤存在当时未知的光敏性，标志着光纤光栅研究的开端。然而，最初的“希尔光栅”只能工作在接近写入光波长的可见光波段，应用受限。这一限制在大约十年后被 Meltz 等人的工作突破。他们认识到 Hill 等人的早期工作和 Lam 与 Garside 的研究表明，该过程是一个双光子过程，若使用锗氧空位缺陷带（约 245 nm）的单光子紫外光将大大提高效率。Meltz 等人采用侧向双光束全息干涉法，使用 244 nm 紫外光从光纤侧面写入光栅，光栅周期由两束相干光的夹角决定，而非光纤中传播的光波长。这一技术使得制作适用于光纤通信和传感器所需波长的光栅成为可能，且写入效率提高了数个数量级。
其次，论文详细阐述了光纤的光敏性及其特性。光敏性是指光纤在紫外光照射下，其折射率发生永久性改变的现象。这种改变在光纤经过适当退火后可以维持数十年。最初认为光敏性仅与掺锗光纤相关，后来发现多种不含锗的光纤也具有此特性，但掺锗光纤仍是制作器件的关键材料。折射率改变量的大小取决于多种因素：辐照条件（波长、强度、总剂量）、光纤纤芯玻璃材料的成分以及辐照前的任何预处理。最常用的光源是 KrF 和 ArF 准分子激光器，分别输出 248 nm 和 193 nm 的脉冲光。典型的辐照条件是几百毫焦每平方厘米的强度下曝光数分钟。在此条件下，掺锗单模光纤中的正折射率改变量在 10^-5 到 10^-3 之间。论文还介绍了“载氢处理”和“火焰灼烧”等预处理技术，可将折射率改变量提升至 10^-2 量级。此外，光敏性还具有各向异性，即用偏振方向垂直于光纤轴线的紫外光侧向照射光纤，会诱导产生双折射，这一特性可用于制作偏振模式转换器或“摇摆滤波器”。论文承认，光敏性的物理机制尚未被完全理解，但通常与玻璃材料中的色心相关，例如紫外光激发 Ge-SiO2 光纤中的氧空位缺陷态，形成顺磁性的 Ge E’ 心，同时玻璃基质的结构重排（如致密化）也被认为与折射率增加有关。
第三，论文系统介绍了光纤光栅的制作技术。按照发展顺序，主要技术包括： 1. 内部写入法：即最初的“希尔光栅”制作方法。 2. 横向全息法：由 Meltz 等人提出，通过两束相交的紫外干涉条纹从侧面写入光栅，提供了灵活调整光栅周期的能力。 3. 相位掩模法：这是当时已广泛应用并很大程度上取代全息法的主流技术。相位掩模板是一片表面刻蚀有一维周期性浮雕结构的二氧化硅玻璃板。紫外光垂直入射掩模板后，其设计的沟槽深度能抑制零级衍射，使大部分光强集中在±1级衍射级上。这两束光发生干涉，在紧贴掩模板的光纤中写入周期为掩模板周期一半的光栅。相位掩模法的优点显著：大大简化了制造工艺、降低了设备稳定性要求和对激光相干性的要求、便于批量生产、能制作高性能器件。其缺点是需要为每个不同的布拉格波长制作单独的掩模板，但通过拉伸光纤可在一定范围内微调写入的波长。 4. 逐点写入法：由 CRC 开发，逐个写入光栅的每个折射率微扰点。对于需要大量微扰点的光栅，此方法效率不高，但适用于制作周期在百微米量级的“粗”光栅，例如用于 LP01 到 LP11 模式转换器、偏振模式转换器、长周期光纤光栅等。
论文进一步指出，相位掩模法在控制光栅光谱响应方面非常灵活。例如，对于均匀光栅，其光谱主峰两侧存在旁瓣，这在波分复用等应用中不受欢迎。通过采用变迹（apodization）技术，即沿光纤长度方向给折射率调制一个钟形函数包络，可以显著抑制旁瓣（可达 30-40 dB）。此外，相位掩模法还可扩展到制作啁啾或非周期光栅。啁啾意味着光栅周期沿长度方向变化，以拓宽其光谱响应，这是制作色散补偿器的关键。
第四，论文深入探讨了光纤光栅的基本特性。光栅的核心作用如同一个带阻滤波器。当光栅周期Λ满足布拉格条件 λ_B = 2 * n_eff * Λ 时，发生最强的模式耦合，入射光被反射。其中 n_eff 是模式有效折射率。任何改变 n_eff 或 Λ 的因素（如应变、温度、偏振）都会改变布拉格波长，这是其作为传感元件的基础。论文采用耦合模理论对光栅的滤波特性进行建模和分析，并通过实验测量与计算结果的对比（如图5所示）验证了模型的准确性。论文还分析了高反射率、大折射率调制光栅的特性：由于透射光在到达光栅末端前就被耗尽，其有效长度减小，导致光谱展宽并偏离对称形状；同时，光栅的余弦波形会发生畸变，产生谐波，从而在二分之一基波布拉格波长附近出现二阶布拉格反射线。除了同向模式的反射，光栅还能耦合不同的模式，无论是反向还是同向，只要满足相位匹配条件和足够的模式重叠积分即可。图7的相配图清晰地展示了多种可能的耦合类型：同向模式反射、与包层模式的反向耦合（导致短波长侧出现一系列透射下降的精细结构）、与同向包层模式的耦合（用于制作长周期光栅）以及通过倾斜光栅实现的与非对称模式（如 LP11）的耦合。
第五，论文以表格形式列举并重点描述了几大类应用。在光通信领域（表 I），最有前景的应用之一是光纤布拉格光栅色散补偿器。其原理是：啁啾光栅的不同位置反射不同波长的光，从而对经历光纤色散（长波长滞后）的光脉冲引入相反的延迟（短波长在光栅更深处反射，延迟更长），使所有波长分量同时出射，脉冲得以重新压缩。论文指出，实际的延时-波长特性是振荡的，但可通过适当的变迹来线性化。其他通信应用还包括波长选择器件（如波分复用器/解复用器）、带阻滤波器、光纤抽头、掺铒光纤放大器增益平坦化、光纤激光器、带有外腔布拉格光栅反射器的半导体激光器等。
在非通信应用领域（表 II），光纤光栅最重要的应用是传感器。论文专门用一节详细阐述了光栅传感的原理和特性。作为本征传感器，其布拉格波长的漂移由应变和温度引起，与光强无关，且波长编码的特性使得多个光栅可以串联复用。应变灵敏度典型值在 820 nm 和 1300 nm 波长下分别为 0.64 pm/με 和 1 pm/με，响应线性且无迟滞。温度灵敏度主要由热光效应引起，在 1550 nm 处典型值约为 10 pm/°C。通过给光纤涂覆特殊涂层（如低体积模量的 Hysol 环氧树脂），压力灵敏度可以提升约 30 倍（如图17所示）。此外，结合磁致伸缩或压电涂层，光栅还可用于测量电场和磁场。
论文还简要介绍了光敏性技术在平面光波导中的应用（表 III）。例如，利用聚焦的紫外光束可以在锗硅酸盐薄膜中直接写入埋入式通道波导，并可进一步在通道内写入布拉格光栅（如图18所示）。这项技术也可用于修整干涉滤波器和耦合器的传播常数。
最后，作为结论，论文强调了光纤光栅技术广阔的应用前景。作者指出，当时最有希望的应用领域集中在光波通信和光纤传感器方面，这都基于二氧化硅光纤和光波导中光敏性的存在。同时，他们也展望了随着在其他材料体系中发现大的光敏性，该技术可能会扩展到更多类型的应用中。
这篇综述的价值在于：它由该领域的两位开创者执笔，以权威的视角系统性地梳理了光纤布拉格光栅技术从诞生到成熟的关键发展脉络；它不仅提供了坚实的理论基础和清晰的技术演进图景，而且全面涵盖了器件特性、制造工艺和应用方向，为研究人员和工程技术人员理解、设计和使用光纤光栅提供了详尽的指导。论文中展示的诸多应用方向，如色散补偿、密集波分复用、光纤激光器、分布式传感等，在后续二十多年里均得到了飞速发展和产业化，印证了作者的前瞻性判断。因此，该文不仅是理解光纤光栅技术的历史文献，更是把握其核心原理和潜力的经典参考。