一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法
【專利摘要】一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，包括：1）采用現(xiàn)有方法制備若干石英玻璃管材和棒材，潔凈處理后，分別在拉絲塔上常壓拉伸為直徑1～6mm的毛細(xì)管和毛細(xì)絲；2）將靠近每根毛細(xì)管兩端的位置分別置于加熱區(qū)加熱，被加熱的毛細(xì)管兩端通入同一惰性氣體，保持某一穩(wěn)定氣壓；調(diào)節(jié)加熱溫度至Td，同時(shí)迅速拉掉毛細(xì)管兩端，得到兩端被密封的毛細(xì)管，毛細(xì)管內(nèi)的氣壓Pd與溫度Td對(duì)應(yīng)；Td為毛細(xì)管玻璃材料軟化區(qū)內(nèi)某一溫度；3）按照微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將相應(yīng)尺寸和數(shù)量的兩端被密封的毛細(xì)管和毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束；4）將管束套入匹配尺寸的套管中形成光纖預(yù)制棒；5）將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，并控制拉絲溫度為T(mén)d，即拉制得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖。
【專利說(shuō)明】一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于玻璃光纖的制造領(lǐng)域，具體地指一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微結(jié)構(gòu)光纖(microstructuredfiber, MSF),又稱為多孔光纖(holey fiber, HF)或光子晶體光纖(photonic crystal fiber, PCF),是基于光子晶體技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新一代多功能光纖。通常所說(shuō)的光子晶體光纖在石英玻璃(或其它材料)纖芯和/或包層中沿軸向規(guī)則排列著許多周期性微小氣孔，這些氣孔陣列(類似于晶體中的晶格)構(gòu)成“晶格常數(shù)”為光波波長(zhǎng)量級(jí)(約幾百到數(shù)千納米)的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，圓形氣孔的半徑一般小于“晶格常數(shù)”，晶格的排列形狀主要有三角形、六邊形、正方形、長(zhǎng)方形、蜂窩形以及其它規(guī)則形狀等，其中以三角形和六邊形最為常見(jiàn)。廣義的光子晶體光纖還包括一維光子晶體光纖，即在圓形光纖芯的外緣交替地分布折射率高低不同的多層介質(zhì)環(huán)，外環(huán)高低折射率介質(zhì)的厚度遠(yuǎn)小于光纖芯，又有環(huán)形光纖及環(huán)形布拉格光纖之稱。光子晶體光纖因其光子帶隙效應(yīng)區(qū)別于傳統(tǒng)光纖的導(dǎo)光機(jī)理而成為近十多年來(lái)纖維光學(xué)研發(fā)領(lǐng)域內(nèi)比較熱門(mén)的課題之一。[0003]早在1978年，P.Yeh等人就提出了布拉格光纖的概念和理論，其結(jié)構(gòu)實(shí)際上就屬于一維光子晶體光纖。最早由Russell等人于1991年提出的光子晶體光纖概念，屬于二維光子晶體光纖，其最初的設(shè)想包括兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):不摻雜單一石英材料和利用光子帶隙效應(yīng)導(dǎo)光。1996年,南安普頓大學(xué)光電研究中心的Ressull和J.C.Knight等人實(shí)現(xiàn)了第一根具有數(shù)百個(gè)空氣孔的石英光子晶體光纖，其包層是三角形周期性排列的空氣孔，而芯層是單個(gè)空氣孔缺失的實(shí)心玻璃，該光纖相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)了光的耦合并能有效的導(dǎo)光，但光纖的工作未實(shí)現(xiàn)帶隙效應(yīng)導(dǎo)光的設(shè)想，而是一種芯層有效折射率相對(duì)包層較高的改進(jìn)型折射率波導(dǎo)。在隨后的工作中，他們發(fā)現(xiàn)這種改進(jìn)型折射率波導(dǎo)也有許多有別于傳統(tǒng)折射率波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的特性，尤其是1997年他們實(shí)現(xiàn)了第一根具有無(wú)截止單模特性的光子晶體光纖，開(kāi)辟了一個(gè)顯著的研究方向。Ressull等人在快速發(fā)展改進(jìn)型折射率光子晶體光纖的基礎(chǔ)上意識(shí)到要實(shí)現(xiàn)帶隙效應(yīng)，光子晶體光纖限制于兩個(gè)主要因素:其一是很難保證大量包層中三角形周期性排列空氣孔的一致性精度；其二是傳統(tǒng)理論不能直接用于光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和理論分析，因而缺少一個(gè)精確的數(shù)值分析工具。基于Broeng, Ressull等人1998年采用一個(gè)精確的全矢量數(shù)值方法設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)單三角形結(jié)構(gòu)，Knight等人于次年公布成功制造了第一個(gè)真正意義上的帶隙效應(yīng)光子晶體光纖。自此，光子晶體光纖領(lǐng)域的研究工作在世界范圍內(nèi)廣泛開(kāi)展起來(lái)，基于微結(jié)構(gòu)光纖制備工藝開(kāi)展的導(dǎo)光機(jī)理和性能特性的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。到2002年，光子晶體光纖的研究文獻(xiàn)已成為各種國(guó)內(nèi)外光學(xué)會(huì)議最熱門(mén)的議題之一。2003年初，該領(lǐng)域已形成比較完整的理論計(jì)算模型、嚴(yán)格的產(chǎn)品分類、特點(diǎn)鮮明的性能和開(kāi)拓性的應(yīng)用預(yù)期。2003年至今，文獻(xiàn)報(bào)道主要集中在光纖性能優(yōu)化、制備工藝的新進(jìn)展、光纖特性的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)等方面。
[0004]由于光子晶體光纖在光纖通信、光纖激光、光纖傳感器件與系統(tǒng)、光學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值，因而牽引了光子晶體光纖制備技術(shù)的進(jìn)步，光子晶體光纖的相關(guān)研究進(jìn)入一個(gè)快速的發(fā)展階段，不再停留在科研院所進(jìn)行研究，而開(kāi)始向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。2000年丹麥科技大學(xué)成立了第一個(gè)制造并出售光子晶體光纖的Crystal Fiber公司(相關(guān)專利EP13400725, US688892, ZL200410088155.1),2001 年，BlazePhotonics 公司從南安普頓大學(xué)分離出來(lái)并迅速以多種類、微結(jié)構(gòu)良好的光子晶體光纖產(chǎn)品搶占了主要市場(chǎng)。主流傳統(tǒng)光纖制造商先后也進(jìn)入該研究領(lǐng)域，并迅速公布專利技術(shù)，比較有代表性的如Corning公布的光子晶體光纖制備工藝，尤其是針對(duì)空心帶隙光纖的制備工藝(200780014249.6)、OFS公布的Sol-Gel工藝制備光子晶體光纖的技術(shù)方案，以及古河公布的空心帶隙光子晶體光纖的產(chǎn)品與制備工藝。此外，還有其它眾多公司和科研院所提出了各種各樣的制備工藝。
[0005]但是，以上專利或者文獻(xiàn)所報(bào)道的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法都沒(méi)有從工業(yè)化、低成本和規(guī)模生產(chǎn)上解決問(wèn)題。截止目前，能供應(yīng)商業(yè)產(chǎn)品的公司寥寥無(wú)幾，而且其供應(yīng)段長(zhǎng)都在公里級(jí)以下，價(jià)格昂貴。其中的原因在于，上述專利和文獻(xiàn)所公開(kāi)的微結(jié)構(gòu)光纖制備方法存在各種各樣的缺陷，如:
[0006]I)控壓裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且不能真正起到相應(yīng)的壓力控制作用。原因是無(wú)法從實(shí)際上把毫米量級(jí)的微結(jié)構(gòu)光纖預(yù)制棒的各個(gè)空洞嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)，或者僅僅是大致區(qū)分開(kāi)，再借由拉絲過(guò)程中不斷地調(diào)整壓力參數(shù)，最終拉制出十分有限的合格光纖。這導(dǎo)致成品率極低，成本居高不下，無(wú)法滿足低成本規(guī)?；纳虡I(yè)需求；
[0007]2)壓力分區(qū)技術(shù)復(fù)雜，且不具有可操作性。例如專利申請(qǐng)200780014249.6所描述的方法，利用到打孔技術(shù)(例如激光打孔、機(jī)械打孔等)，雖然打孔可以做到，但是激光打孔是直線進(jìn)行的，根本無(wú)法有效地確保側(cè)面所打孔出來(lái)的細(xì)槽有效地連通指定的某個(gè)氣孔。這是因?yàn)槲⒔Y(jié)構(gòu)光纖，尤其是性能優(yōu)異的微結(jié)構(gòu)光纖(包括相應(yīng)預(yù)制棒)都具備多層氣孔組成的空氣包層，且按照密堆積的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形成，這樣一來(lái)打孔是無(wú)法做到連通指定氣孔的目的的。還例如專利200 410042623.1所聲稱的裝置事實(shí)上是一種壓力分區(qū)裝置，經(jīng)由插盤(pán)、加壓罩、密封件等對(duì)預(yù)制棒內(nèi)毛細(xì)管束內(nèi)的壓力進(jìn)行區(qū)分控制。但事實(shí)上，如果把毛細(xì)管插入插盤(pán)，則毛細(xì)管之間是無(wú)法做到密堆積的，甚至正方堆積等其他堆積方式也無(wú)法做到，原因在于毛細(xì)管之間存在著間隙(插盤(pán)上孔與孔之間的間隙造成)，加之玻璃毛細(xì)管本身的剛性，這將會(huì)導(dǎo)致實(shí)際設(shè)計(jì)的堆積方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)；
[0008]3)預(yù)制棒尺寸偏小，直接影響光纖制造成本和均勻性。這是因?yàn)?為了有效地區(qū)分微結(jié)構(gòu)預(yù)制棒內(nèi)各部分氣孔的壓力，并分別獨(dú)立控制，需要先行利用拉絲或拉伸設(shè)備拉制中間體(cane),而中間體的尺寸只能拉得很細(xì),如I~5mm,這樣一來(lái),在光纖光學(xué)參數(shù)決定了其結(jié)構(gòu)參數(shù)的前提下，可外包的玻璃套管的尺寸就很小，典型地在30_以下，甚至在20mm以下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸(直徑20mm以上,甚至80mm以上)預(yù)制棒的一次拉絲成纖,實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)光纖制造的規(guī)?；痛蠖伍L(zhǎng)光纖的均勻性、一致性，且操作簡(jiǎn)單易行。
[0010]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，包括如下步驟:
[0011]I)采用現(xiàn)有方法制備若干石英玻璃管材和石英玻璃棒材，潔凈處理后，分別在拉絲塔上常壓拉伸為直徑I~6mm的毛細(xì)管和毛細(xì)絲；
[0012]2)將靠近每根毛細(xì)管兩端的位置分別置于加熱區(qū)加熱，被加熱的毛細(xì)管兩端通入同一惰性氣體，保持某一穩(wěn)定氣壓；調(diào)節(jié)加熱溫度至Td，同時(shí)迅速拉掉毛細(xì)管兩端，得到兩端被密封的毛細(xì)管，毛細(xì)管內(nèi)的氣壓Pd與溫度Td對(duì)應(yīng)；所述溫度Td為毛細(xì)管玻璃材料軟化區(qū)內(nèi)某一溫度；
[0013]3)按照微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將相應(yīng)尺寸和數(shù)量的兩端被密封的毛細(xì)管和毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束；
[0014]4)將管束套入匹配尺寸的套管中形成光纖預(yù)制棒；
[0015]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，并控制拉絲溫度為T(mén)d±50°C，即拉制得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖。
[0016]上述技術(shù)方案的所述步驟2)中，加熱區(qū)寬度為10~30mm。
[0017]上述技術(shù)方案的所述步驟2)中，惰性氣體的氣壓為-100~500mbar。
[0018]上述技術(shù)方案的所述步驟3)中，管束的外切圓直徑為5~50mm。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟4)中，套管的內(nèi)壁橫截面為圓形，套管的內(nèi)徑與管束的外切圓直徑一致，套管的外徑為20~120mm。
[0020]更進(jìn)一步地，套管的外徑為80~120mm。
[0021]上述技術(shù)方案的所述步驟5)中，拉絲溫度為1730~1900°C，拉絲速度為30~1000m/min,拉絲張力為 0.1 ~0.5kgf。
[0022]上述技術(shù)方案的所述步驟5)中，拉絲得到的所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖的直徑為70~1000 μ m，微結(jié)構(gòu)光纖的空氣包層層數(shù)為I~10層，空氣包層節(jié)距Λ為0.5~30 μ m，纖芯為玻璃材料或者空芯，纖芯直徑d。為3~120 μ m,空氣包層的填充率f=d/A=0.1~0.99，d為空氣包層的氣孔直徑。
[0023]上述技術(shù)方案的所述步驟2)采用毛細(xì)管密封裝置完成；所述毛細(xì)管密封裝置包括一對(duì)微型加熱爐、固定支架、兩根氣路軟管、壓力控制器、導(dǎo)軌和控制電腦，所述固定支架設(shè)置于一對(duì)微型加熱爐之間，待密封的毛細(xì)管中部支撐于固定支架上、兩端分別穿過(guò)一對(duì)微型加熱爐的加熱區(qū)，并分別通過(guò)連接器與兩根氣路軟管的一端連接，兩根氣路軟管的另一端均與壓力控制器相連；所述導(dǎo)軌設(shè)置于設(shè)備基礎(chǔ)上，導(dǎo)軌上設(shè)有移動(dòng)支架，所述連接器固定于移動(dòng)支架上、可隨移動(dòng)支架沿導(dǎo)軌平移；所述控制電腦分別與微型加熱爐、壓力控制器和移動(dòng)支架連接，分別用于控制加熱溫度、毛細(xì)管內(nèi)的氣壓和移動(dòng)支架的平移。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0025]I)通過(guò)毛細(xì)管的密封操作，能夠靈活地預(yù)先控制光纖預(yù)制棒內(nèi)各部分的壓力，免去了傳統(tǒng)方法在拉絲過(guò)程中控制壓力的復(fù)雜操作；同時(shí)，由于本方法無(wú)需在拉絲過(guò)程中控制壓力，因此免去了制備中間體的過(guò)程，不但使操作簡(jiǎn)化，而且光纖預(yù)制棒能夠做得很大；得益于足夠大的預(yù)制棒尺寸，拉絲過(guò)程的參數(shù)更易控制，拉制出的光纖均勻段長(zhǎng)很長(zhǎng)，已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，最長(zhǎng)拉絲可達(dá)百公里數(shù)量級(jí)，從而使微結(jié)構(gòu)光纖的成本得到有效降低，易于規(guī)?；a(chǎn)；
[0026]2)構(gòu)成光纖預(yù)制棒的管束是按照微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將相應(yīng)尺寸和數(shù)量的毛細(xì)管和毛細(xì)絲堆積構(gòu)成，使得本方法能夠?qū)崿F(xiàn)各種微結(jié)構(gòu)光纖的制備?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明制備方法的流程示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明所使用的一種毛細(xì)管密封裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖中:I—毛細(xì)管，2—微型加熱爐，3—連接器，4一氣路軟管，5—壓力控制器，6—導(dǎo)軌，7—移動(dòng)支架，8—控制電腦，9一固定支架；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一制備的光纖預(yù)制棒的照片；
[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一制備的單模微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實(shí)施例二制備的保偏微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖； [0033]圖6為本發(fā)明實(shí)施例三制備的雙包層微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖；
[0034]圖7為本發(fā)明實(shí)施例四制備的多芯微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖；
[0035]圖8為本發(fā)明實(shí)施例五制備的高非線性微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖；
[0036]圖9為本發(fā)明實(shí)施例六制備的空心微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0038]如圖1所示，本發(fā)明的一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，包括如下步驟:
[0039]I)采用現(xiàn)有方法(如PCVD或MCVD等)制備若干石英玻璃管材和石英玻璃棒材，潔凈處理后，分別在拉絲塔上常壓拉伸為直徑I~6mm的毛細(xì)管和毛細(xì)絲；
[0040]2)將靠近每根毛細(xì)管兩端的位置(兩端向毛細(xì)管中心IOOmm左右)分別置于加熱區(qū)加熱，加熱區(qū)寬度為10~30mm，這樣的寬度既可保證最少的浪費(fèi)毛細(xì)管的有效長(zhǎng)度，又可保證后續(xù)拉斷時(shí)，毛細(xì)管端部可被較好地密封起來(lái)。被加熱的毛細(xì)管兩端通入同一惰性氣體，如氦氣、氬氣或氮?dú)獾?，保持氣壓穩(wěn)定，氣壓范圍為-100~500mbar。調(diào)節(jié)加熱溫度至Td，同時(shí)迅速拉掉毛細(xì)管兩端，得到兩端被密封的毛細(xì)管，毛細(xì)管內(nèi)的氣壓Pd與溫度Td對(duì)應(yīng)，溫度Td為毛細(xì)管玻璃材料軟化區(qū)內(nèi)某一溫度；
[0041]3)按照微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將相應(yīng)尺寸和數(shù)量的兩端被密封的毛細(xì)管和毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束，管束的外切圓直徑一般在5~50mm ;
[0042]4)將管束套入匹配尺寸的套管中形成光纖預(yù)制棒，其中，套管的內(nèi)壁可以是與管束外緣完全匹配的正多邊形，也可以為圓形，套管的內(nèi)徑與管束的外切圓直徑一致，套管的外徑為20~120mm ；
[0043]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，并控制拉絲溫度為T(mén)d，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，控制拉絲溫度為1730~1900°C，拉絲速度為30~1000m/min，拉絲張力為0.1~
0.5kgf。目標(biāo)微結(jié)構(gòu)光纖的直徑為70~1000 μ m，微結(jié)構(gòu)光纖的空氣包層層數(shù)為I~10層，空氣包層節(jié)距Λ為0.5~30 μ m，纖芯為玻璃材料或者空芯，纖芯直徑d。為3~120 μ m，空氣包層的填充率f=d/A=0.1~0.99，d為空氣包層的氣孔直徑。步驟3)即是按照目標(biāo)微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)確定毛細(xì)管和毛細(xì)絲的尺寸和數(shù)量。
[0044]如圖2所示，本方法的上述步驟2)可采用一種毛細(xì)管密封裝置完成。該毛細(xì)管密封裝置包括一對(duì)微型加熱爐2、固定支架9、兩根氣路軟管4、壓力控制器5、導(dǎo)軌6和控制電腦8。固定支架9設(shè)置于一對(duì)微型加熱爐2之間，使用時(shí)待密封的毛細(xì)管I中部支撐于固定支架9上、兩端分別穿過(guò)一對(duì)微型加熱爐2的加熱區(qū)，并分別通過(guò)連接器3與兩根氣路軟管4的一端連接，兩根氣路軟管4的另一端均與壓力控制器5相連。導(dǎo)軌6設(shè)置于設(shè)備基礎(chǔ)上，其上設(shè)有一對(duì)移動(dòng)支架7，兩個(gè)連接器3分別固定于移動(dòng)支架7上、可隨移動(dòng)支架7沿導(dǎo)軌6平移?？刂齐娔X8分別與微型加熱爐2、壓力控制器5和移動(dòng)支架7連接，用于分別控制加熱溫度、毛細(xì)管I內(nèi)的氣壓和移動(dòng)支架7的平移。
[0045]使用時(shí)，將待密封的毛細(xì)管I中部置于固定支架9上，毛細(xì)管I兩端分別穿過(guò)一對(duì)微型加熱爐2，并分別通過(guò)連接器3與兩根氣路軟管4連接。通過(guò)控制電腦8上的專用程序，控制微型加熱爐2的加熱溫度和毛細(xì)管I內(nèi)的氣壓，待溫度合適，隨即控制兩個(gè)移動(dòng)支架7分別向?qū)к?兩端平移，這樣，毛細(xì)管I的兩端即被密封，且保留了一定氣壓Pd。兩端被密封的毛細(xì)管I從微型加熱爐2內(nèi)被拉斷，并脫離連接器3，此時(shí)，毛細(xì)管I由固定支架9臨時(shí)托舉。重復(fù)該操作，可逐一密封各毛細(xì)管I的兩端。
[0046]實(shí)施例一(單模微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0047]I)按照設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)備好84支外直徑3_、內(nèi)直徑Imm的毛細(xì)管I, 7支直徑為3_的毛細(xì)絲，以及30支直徑不大于3mm的毛細(xì)絲；[0048]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)各毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；
[0049]3)按照該單模微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將84支兩端被密封的毛細(xì)管I和7支直徑為3mm的毛細(xì)絲堆積構(gòu)成外切圓直徑為33mm的管束；
[0050]4)將上述管束套入外直徑80mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，如圖3所示。本實(shí)施例為節(jié)省成本，選擇內(nèi)壁為圓形的套管，30支直徑不大于3mm的毛細(xì)絲則填充在六邊形管束與套管內(nèi)壁之間；
[0051]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖4所示。該微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為125 μ m，其空氣包層的層數(shù)為5層(最外層的六個(gè)頂點(diǎn)位置處為實(shí)心)，空氣包層節(jié)距Λ為4.7 μ m，空氣包層的氣孔直徑d為2.5 μ m，纖芯為玻璃材料實(shí)心，纖芯直徑dc為6.8 μ m。
[0052]實(shí)施例二 (保偏微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0053]I)按照設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)備好90支外直徑3mm、內(nèi)直徑1.2mm的毛細(xì)管I, I支直徑為3mm的毛細(xì)絲，以及18支直徑不大于3mm的毛細(xì)絲；
[0054]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)備好的其中88支毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；對(duì)另外2支毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，同時(shí)密封其兩端，這2支毛細(xì)管I在充氣時(shí)保持氣壓比前述88支毛細(xì)管I略大I~5mbar ；
[0055]3)按照該保偏微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將90支兩端被密封的毛細(xì)管I和I支直徑為3_的毛細(xì)絲(作為纖芯使用)堆積構(gòu)成管束；
[0056]4)將上述管束套入外直徑80mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，本實(shí)施例為節(jié)省成本，仍選擇內(nèi)壁為圓形的套管，18支直徑不大于3mm的毛細(xì)絲則填充在六邊形管束與套管內(nèi)壁之間；
[0057]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖5所示，2支充氣氣壓略大的毛細(xì)管I在最終形成的光纖上形成幾何不均勻區(qū)域，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的雙折射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了線偏振光傳輸?shù)谋Ｆ饔?。該微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為125 μ m,其空氣包層的層數(shù)為5層，空氣包層節(jié)距Λ為4.8 μ m，空氣包層中小的氣孔直徑為2.8 μ m、大的氣孔直徑為4.7 μ m，纖芯近似為橢圓形，其長(zhǎng)軸長(zhǎng)約6.8 μ m、短軸長(zhǎng)約4.5 μ m。
[0058]實(shí)施例三(雙包層微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0059]I)按照設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)備好120支外直徑1mm、內(nèi)直徑0.2mm的毛細(xì)管I, 50支外直徑1.2mm、內(nèi)直徑0.6mm的毛細(xì)管1,7支直徑為1mm的毛細(xì)絲，以及30支直徑不大于Imm的
毛細(xì)絲；
[0060]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)備好的120支相同規(guī)格的毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；對(duì)另外50支毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，同時(shí)密封其兩端，這50支毛細(xì)管I在充氣時(shí)保持氣壓比前述120支毛細(xì)管I大10~50mbar ；
[0061]3)按照該雙包層微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將50支相同規(guī)格的兩端被密封的毛細(xì)管1、120支相同規(guī)格的兩端被密封的毛細(xì)管I和7支直徑為1mm的毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束；
[0062]4)將上述管束套入外直徑50mm、內(nèi)直徑15mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，30支直徑不大于Imm的毛細(xì)絲填充在兩個(gè)包層區(qū)域之間；
[0063]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖6所示，50支相同規(guī)格的毛細(xì)管I在最終形成的光纖上構(gòu)成外包層，其填充率約為0.92，120支相同規(guī)格的毛細(xì)管I在最終形成的光纖上構(gòu)成內(nèi)包層，其填充率約為0.2。該微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為600 μ m,纖芯直徑dc 為49 μ m。
[0064]實(shí)施例四(多芯微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0065]I)按照設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)備好84支外直徑3.3mm、內(nèi)直徑1.8mm的毛細(xì)管1,7支直徑為3.3mm的毛細(xì)絲，以及18支直徑不大于3.3mm的毛細(xì)絲；
[0066]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)備好的84支相同規(guī)格的毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，氣壓為微正壓，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；
[0067]3)按照該多芯微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將84支兩端被密封的毛細(xì)管I和7支直徑為3.3mm的毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束；
[0068]4)將上述管束套入外直徑88mm、內(nèi)直徑37mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，本實(shí)施例為節(jié)省成本，仍選擇內(nèi)壁為圓形的套管，18支直徑不大于3.3mm的毛細(xì)絲則填充在六邊形管束與套管內(nèi)壁之間；
[0069]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖7所示。該微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為120 μ m，其空氣包層的層數(shù)為5層，空氣包層節(jié)距Λ為3.3 μ m，纖芯為七個(gè)，其直徑d。均為4.5 μ m。
[0070]實(shí)施例五(高非線性微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0071]I)按照設(shè)計(jì)要求,準(zhǔn)備好36支外直徑1mm、內(nèi)直徑0.7mm的毛細(xì)管I, I支直徑為Imm的毛細(xì)絲，以及6支直徑不大于Imm的毛細(xì)絲；
[0072]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)備好的36支相同規(guī)格的毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，氣壓為正壓，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；
[0073]3)按照該高非線性微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將36支兩端被密封的毛細(xì)管I和I支直徑為1mm的毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束；
[0074]4)將上述管束套入外直徑30mm、內(nèi)直徑8mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，本實(shí)施例為節(jié)省成本，仍選擇內(nèi)壁為圓形的套管，6支直徑不大于1_的毛細(xì)絲則填充在六邊形管束與套管內(nèi)壁之間；
[0075]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖8所示。該微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為127 μ m，其空氣包層的層數(shù)為3層，空氣包層節(jié)距Λ為8.3 μ m，空氣包層的填充率f為0.9，纖芯直徑d。約為4.5 μ m,零色散波長(zhǎng)為1020nm。
[0076]實(shí)施例六(空心微結(jié)構(gòu)光纖的制備):
[0077]I)按照設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備好155支外直徑1mm、內(nèi)直徑0.8mm的毛細(xì)管I, I支外直徑3mm、內(nèi)直徑2.6mm的毛細(xì)管I,以及42支直徑不大于Imm的毛細(xì)絲；
[0078]2)利用圖2所示的毛細(xì)管密封裝置，對(duì)備好的155支相同規(guī)格的毛細(xì)管I進(jìn)行相同的充氣，氣壓為正壓，同時(shí)密封各毛細(xì)管I的兩端；對(duì)另外I支外直徑3_的毛細(xì)管I進(jìn)行充氣，同時(shí)密封其兩端，該毛細(xì)管I在充氣時(shí)保持氣壓比前述155支毛細(xì)管I略大10~I2Ombar ；
[0079]3)按照該空心微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將155支兩端被密封的毛細(xì)管I和I支外直徑為3mm的兩端被密封的毛細(xì)管I堆積構(gòu)成管束；
[0080]4)將上述管束套入外直徑40mm、內(nèi)直徑16mm的匹配套管中形成光纖預(yù)制棒，本實(shí)施例為節(jié)省成本，仍選擇內(nèi)壁為圓形的套管，42支直徑不大于Imm的毛細(xì)絲則填充在六邊形管束與套管內(nèi)壁之間；
[0081]5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，即得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖，如圖9所示，微結(jié)構(gòu)光纖的玻璃直徑為125 μ m,外直徑為3mm的毛細(xì)管I在最終形成的光纖上構(gòu)成纖芯,纖芯直徑d。為6.3 μ m，空氣包層的填充率f為0.91。
[0082]為進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)明，上述實(shí)施例一至實(shí)施例六中的部分工藝參數(shù)如下表一所示:
[0083]表一
【權(quán)利要求】
1.一種微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)采用現(xiàn)有方法制備若干石英玻璃管材和石英玻璃棒材，潔凈處理后，分別在拉絲塔上常壓拉伸為直徑1~6mm的毛細(xì)管和毛細(xì)絲； 2)將靠近每根毛細(xì)管兩端的位置分別置于加熱區(qū)加熱，被加熱的毛細(xì)管兩端通入同一惰性氣體，保持某一穩(wěn)定氣壓；調(diào)節(jié)加熱溫度至Td，同時(shí)迅速拉掉毛細(xì)管兩端，得到兩端被密封的毛細(xì)管，毛細(xì)管內(nèi)的氣壓Pd與溫度Td對(duì)應(yīng)；所述溫度Td為毛細(xì)管玻璃材料軟化區(qū)內(nèi)某一溫度； 3)按照微結(jié)構(gòu)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，將相應(yīng)尺寸和數(shù)量的兩端被密封的毛細(xì)管和毛細(xì)絲堆積構(gòu)成管束； 4)將管束套入匹配尺寸的套管中形成光纖預(yù)制棒； 5)將光纖預(yù)制棒在拉絲塔上拉絲，并控制拉絲溫度為T(mén)d±50°C，即拉制得到所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，加熱區(qū)寬度為10~30臟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中，惰性氣體的氣壓為-100~500mbar。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中，管束的外切圓直徑為5~50mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中，套管的內(nèi)壁橫截面為圓形，套管的內(nèi)徑與管束的外切圓直徑一致，套管的外徑為20~120mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述套管的外徑為80 ~120mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟5)中，拉絲溫度為1730~1900°C，拉絲速度為30~1000m/min，拉絲張力為0.1~0.5kgf。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟5)中，拉絲得到的所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)光纖的直徑為70~1000 μ m，微結(jié)構(gòu)光纖的空氣包層層數(shù)為1~10層，空氣包層節(jié)距Λ為0.5~30 μ m，纖芯為玻璃材料或者空芯，纖芯直徑d。為3~120 μ m，空氣包層的填充率f=d/A=0.1~0.99，d為空氣包層的氣孔直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微結(jié)構(gòu)光纖的制備方法，其特征在于:所述步驟2)采用毛細(xì)管密封裝置完成；所述毛細(xì)管密封裝置包括一對(duì)微型加熱爐(2)、固定支架(9)、兩根氣路軟管(4)、壓力控制器(5)、導(dǎo)軌(6)和控制電腦(8)，所述固定支架(9)設(shè)置于一對(duì)微型加熱爐(2)之間，待密封的毛細(xì)管(1)中部支撐于固定支架(9)上、兩端分別穿過(guò)一對(duì)微型加熱爐(2 )的加熱區(qū)，并分別通過(guò)連接器(3 )與兩根氣路軟管(4)的一端連接，兩根氣路軟管(4)的另一端均與壓力控制器(5)相連；所述導(dǎo)軌(6)設(shè)置于設(shè)備基礎(chǔ)上，導(dǎo)軌(6)上設(shè)有移動(dòng)支架(7)，所述連接器(3)固定于移動(dòng)支架(7)上、可隨移動(dòng)支架(7)沿導(dǎo)軌(6)平移；所述控制電腦(8)分別與微型加熱爐(2)、壓力控制器(5)和移動(dòng)支架(7)連接，分別用于控制加熱溫度、毛細(xì)管(1)內(nèi)的氣壓和移動(dòng)支架(7)的平移。
【文檔編號(hào)】C03B37/012GK103936276SQ201410125878
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】陳抗抗 申請(qǐng)人:陳抗抗