專利名稱：選擇性沉積碳納米管到光纖上的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖裝置，本發(fā)明具體涉及，例如，可用于鎖模激光 器的可飽和吸收器。
背景技術(shù)：
人們廣泛研究的無源可飽和吸收器可用在激光系統(tǒng)中，用于提高 比特率和無差錯傳輸周期性放大的光傳輸系統(tǒng)。在每個放大級上，光 信號被再生?？娠柡臀掌餮b置是用于無源光再生的簡單和成本有效 的裝置。這種裝置的噪聲抑制能力可以相對于高功率信號成分，衰減 累積的放大自發(fā)發(fā)射噪聲，從而提高信噪比。
在實(shí)際商業(yè)應(yīng)用中使用的一個普通類型可飽和吸收器是半導(dǎo)體 裝置。半導(dǎo)體可飽和吸收器裝置涉及相對復(fù)雜和成本高的制造方法。 這就增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。此外，它們工作在反射模式下。在傳 輸模式下工作的可飽和吸收器裝置在許多應(yīng)用中是更理想的，特別是
用于光纖系統(tǒng)中的串列式元件(in-line element)。在傳輸模式下工作 的光可飽和吸收器是在這個領(lǐng)域中最近發(fā)展的重點(diǎn)。
新的研究已經(jīng)表明，碳納米管，典型的是單壁碳納米管(SWNT ), 在放置它到激光束的光程上時，可以展示有效的無源飽和吸收能力。 例如,見S. Y. Set et al的"Laser Mode-Locking and Q-Switching Using a New Saturable Absorber Material Based on Carbon Nanotubes，，,和 Yamashita et al 的"Saturable absorber incorporating carbon nanotubes directly synthesized onto substrates and fibers and their application to mode-locked fiber lasers".把這兩篇文章合并在此供參考。
至今用于制備光纖基SWNT可飽和吸收器裝置的技術(shù)主要是 SWNT生長方法，其中利用金屬催化劑催化由碳納米管涂敷的光纖表
面，而碳納米管生長在被催化的表面上。這種方法基本上是一種催化
的化學(xué)汽相沉積(CVD)方法。雖然CVD和類似的生長方法證明是 有效的，但是，人們需要用于簡單和成本有效地制造光纖基SWNT可 飽和吸收器裝置的新技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
我們發(fā)現(xiàn)，利用偽光分解效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管的選擇性沉積。 碳納米管可以選擇性沉積到被照明的表面上。這種現(xiàn)象可直接應(yīng)用于 光纖可飽和吸收器裝置，其中在實(shí)現(xiàn)涂敷過程的同時，借助于發(fā)射光 通過光纖，光纖的纖芯可以被選擇性涂敷碳納米管。這種就地選擇性 涂敷方法是簡單和通用的。


圖l-3表示利用碳納米管涂敷光纖末端的現(xiàn)有技術(shù)方法；
圖4和5表示利用本發(fā)明的方法選擇性沉積碳納米管到光纖末
;
圖6和7說明利用本發(fā)明的方法選擇性涂敷的光纖應(yīng)用于環(huán)形激 光器；和
圖8和9表示連接光纖的另一個實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在光纖端面上沉積碳納米管產(chǎn)生飽和吸收器元件，例如，該元件
可用于鎖模激光器。圖l-3表示實(shí)現(xiàn)這個目的的一種方法。附圖中的 這些圖不是按比例畫出的。在圖1中，首先通過浸漬該光纖到含金屬 鹽溶液13的容器14中，利用金屬催化劑涂敷光纖11。圖2表示設(shè)置 在電爐15中的涂敷光纖，其中金屬鹽被氧化成金屬氧化物。隨后，電 爐被抽成真空，并在被催化的表面上利用CVD生長碳納米管。圖3 表示該方法的結(jié)果，其中畫出涂敷光纖端面的碳納米管22。圖l-3還 畫出光纖11中的芯層12。眾所周知，在使用光纖時，光纖包括發(fā)射 光信號的芯層。這個特征的重要性在以下將變得更明顯。
另一種涂敷過程是沉積技術(shù)，其中首先形成碳納米管，然后被分 散在液體溶液中。用于分散的液體載體可以是各種液體中的任何一種， 例如，水，乙醇，乙醚，甲酮，等等。為了易于干燥，優(yōu)選的液體是 揮發(fā)性液體。需要涂敷的表面被浸漬到分散液中，或分散液加到需要 涂敷的表面，并干燥分散液中的載體液體，從而在該表面上留下一個 薄的碳納米管涂層。利用分散液體的多次浸漬或多次涂敷可以形成較 厚的碳納米管層。在一些情況下，單個涂敷步驟僅能形成少量沉積的 碳納米管。因此，為了得到有用的碳納米管層，需要多次涂敷。
利用激光燒蝕方法，可以制備在沉積方法中使用的碳納米管，其
中來自Nd:YAG激光器的高能激光脈沖用于燒蝕在充滿500 Torr氬 氣的石英管中放置的金屬催化的碳靶。在電爐中加熱石英管。借助于 催化劑，可以生長直徑約lnm的SWNT?？梢杂懈鞣N不同的用于制備 SWNT的技術(shù)。制備SWNT的方法不是本發(fā)明的構(gòu)成部分。
圖4和5表示本發(fā)明的選擇性沉積方法。在圖4中，光纖31的 末端浸沒在容器34中。該容器充滿碳納米管分散液35。光纖31包括 光纖芯32，光纖芯32能夠引導(dǎo)光纖中的光。光纖的端面37可以是劈 裂面或拋光面。在這個圖中所示的光纖沒有光纖覆層，即，已去除常 用的塑料覆層。按照描述的方式，該方法也可以在涂敷的光纖上實(shí)現(xiàn)。 在后者的情況下，選取的分散液體對于涂層材料應(yīng)當(dāng)是無害的。
按照本發(fā)明，在沉積步驟期間，光是由光纖芯32傳送的。在圖4 中，光是從激光器36進(jìn)入光纖芯，并在37處射出光纖芯。我們發(fā)現(xiàn)， 照明光纖端面的纖芯部分可以吸引碳納米管，因此，碳納米管選擇性 地沉積到纖芯表面上。圖5中的情況是碳納米管42被選擇性沉積到光 纖31的光纖芯32上。比較測試證明，如果沒有照明，則非常有限的 碳納米管沉積到光纖的端面上。
可以利用各種過程實(shí)現(xiàn)浸漬方法。圖4說明在光傳播通過光纖的 同時，光纖浸沒在碳納米管分散液中。通過浸漬光纖到碳納米管分散 液中，并取回該光纖，也可以實(shí)現(xiàn)涂敷方法。這在光纖端面上形成一 串分散液體珠。然后，可以引光通過光纖，從而導(dǎo)致選擇性沉積碳納 米管到光纖的纖芯部分。因此，"浸漬"方法包括浸漬，去除以及浸沒 過程.
為了說明本發(fā)明的方法，在12 cc的乙醇中分散0.001克的碳納 米管，并利用超聲分散這個混合物。作為一種控制實(shí)驗(yàn)，光纖的劈裂 端面被浸漬在分散液中，并取回該光纖。 一串分散液體珠保留在光纖 的端面。然后，干燥該液體。在檢查光纖的端面時，可以發(fā)現(xiàn)在端面 上粘附的少量納米管。確實(shí)粘附在端面上的少量納米管是隨機(jī)分布的。
重復(fù)以上描述的過程，除了在浸漬之后， 一串分散液珠粘附到光 纖的端面上，980 nm光輻射傳輸通過光纖的纖芯。圖5表示這個結(jié)果， 其中大量的碳納米管選擇性沉積到光纖端面的纖芯部分。端面的包層 部分基本保持未被涂敷。
在環(huán)形激光器裝置中加進(jìn)具有選擇性沉積碳納米管的光纖，可以 展示它作為可飽和吸收器的有效性。圖6表示環(huán)形激光器裝置，其中 增益部分被980 nm的泵63泵激成摻鉺光纖部分61。該增益部分是在 接頭62處拼接到隔離器65和70/30分束器68。其輸出是從環(huán)形激光 器裝置的尾線(pigtail) 67中射出?？娠柡臀掌髟怯脭?shù)字65 表示，該元件包括了在FC/APC連接器之間的上述光纖。
圖7表示圖6中環(huán)形激光器的輸出光鐠。該光譜是在約1558 nm 處有峰值信號的鎖模光譜。
激光器與以上描述的可飽和吸收器的組合構(gòu)成一種有用的光學(xué) 子裝置，其中可飽和吸收器包括具有利用碳納米管選擇性涂敷的纖芯 的光纖。在這個光學(xué)子裝置中，可飽和吸收器可以直接連接到激光器， 或可以通過中間元件連接到激光器。
在另一個實(shí)施例中，光纖的終端是連接器的一部分，例如，F(xiàn)C 連接器的插頭部分。在這種情況下，利用碳納米管涂敷在連接器中封 裝的光纖芯的端面。這是一種用于形成串列式可飽和吸收器的合適方 法。圖8和9表示這個實(shí)施例，圖8表示包含玻璃光纖72和光纖涂層 71并終止在光連接器74的光纖70。連接器的細(xì)節(jié)與本發(fā)明無關(guān)。連 接器可以是任何合適類型的連接器，例如，F(xiàn)C, FC/APC。連接器的 末端浸漬在碳納米管分散液75中。來自激光器76的光傳播通過該光 纖，從而導(dǎo)致選擇性沉積碳納米管到端面78上。圖9表示連接器的端
面。連接器74包圍光纖71的端面。光纖的纖芯是用數(shù)字79表示，利 用碳納米管選擇性涂敷纖芯79。
專業(yè)人員顯然知道，圖8所示方法的浸漬步驟可以是以上描述的 浸漬步驟，或任何合適的其他浸漬步驟。唯一重要的是要涂敷的物體 的端面被暴露在分散液中。
用于說明本發(fā)明的光纖是石英基光纖。這些光纖通常包含大于 90%的石英，并利用合適的摻雜以形成光波導(dǎo)。
在本發(fā)明的選擇性涂敷方法中，涂層材料的空間位置是由傳播通 過光纖的光確定。雖然在以上描述方法中沉積的材料包括碳納米管， 但是按照類似的方式，可以選擇性加其他材料到被照明的光纖區(qū)域。
同樣地，利用具體的光機(jī)構(gòu)，可以選擇性涂敷其他的元件。按照 以上描述的方式，可以利用碳納米管涂敷激光器的發(fā)光面。也可以選 擇性涂敷發(fā)光二極管。在每種情況下，利用碳納米管僅僅涂敷該元件 的發(fā)光面部分，即，被照明的部分。為了限定本發(fā)明，術(shù)語"發(fā)光元件" 可以包括激光器，發(fā)光二極管，和光傳播通過的光纖。
專業(yè)人員可以對本發(fā)明作各種改動。所有與這個說明書具體內(nèi)容 的偏離，而這些偏離基本上基于本發(fā)明原理及其相當(dāng)內(nèi)容，都應(yīng)當(dāng)被 認(rèn)為是在以上描述和申請的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用涂層材料選擇性涂敷光纖端面的方法，包括在光傳播通過光纖的同時，光纖的端面被暴露在包含涂層材料的液體中。
2. 按照權(quán)利要求l的方法，其中光纖包括芯層，包層，和選 擇性涂敷芯層的涂層材料。
3. 按照權(quán)利要求2的方法，其中涂層材料包括碳納米粒子。
4. 按照權(quán)利要求3的方法，其中涂層材料包括碳納米管。
5. 按照權(quán)利要求4的方法，其中該液體是碳納米管在液體中的 分散液。
6. 按照權(quán)利要求5的方法，其中該液體選自基本上由水，乙醇， 乙醚，和甲酮構(gòu)成的組。
7. 按照權(quán)利要求5的方法，其中光是激光。
8. 按照權(quán)利要求7的方法，其中激光的波長約為980 nm。
9. 按照權(quán)利要求5的方法，其中光纖的終端是光纖連接器，而 光纖連接器被暴露在液體中。
10. —種利用碳納米管選擇性涂敷發(fā)光元件端面的方法，包 括在從發(fā)光元件中發(fā)射光的同時，發(fā)光元件的端面被暴露在包含涂 層材料的液體中，從而涂敷該發(fā)光元件的端面的被照明部分。
11. 按照權(quán)利要求10的方法，其中發(fā)光元件選自由激光器， 發(fā)光二極管，和傳播光的光纖構(gòu)成的組。
12. —種光纖子系統(tǒng)，包括由光纖耦合到鎖模元件的激光器， 該鎖模元件包括具有端面的光纖，而該端面包括芯層部分，包層部 分和碳納米管涂層，其中碳納米管涂層涂敷芯層部分，但不涂敷包層 部分，
13. 按照權(quán)利要求12的光纖子系統(tǒng)，其中光纖的端面是被光 纖連接器包圍。
14. 一種光纖子系統(tǒng)，包括具有芯層部分和包層部分的元件， 其中碳納米管涂層涂敷芯層部分，但不涂敷包層部分。
15. 按照權(quán)利要求14的光纖子系統(tǒng)，其中該元件是光纖。
16. 按照權(quán)利要求14的光纖子系統(tǒng)，其中該元件是光纖耦合裝置。
全文摘要
本說明書描述一種用于選擇性沉積碳納米管到光纖端面上的方法。在光傳播通過光纖的同時，光纖的端面被暴露在碳納米管的分散液中。碳納米管選擇性沉積到光纖的發(fā)光纖芯上。
文檔編號G02B1/10GK101169488SQ20071016780
公開日2008年4月30日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月27日
發(fā)明者杰弗瑞·尼科爾森 申請人:古河電子北美公司