專利名稱：一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，特別是涉及一種在光纖端 面生長膠體晶體的光纖及工藝技術(shù)。
背景技術(shù)：
將光子晶體的帶隙結(jié)構(gòu)應(yīng)用于光纖形成了光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber, PCF)，又稱微結(jié)構(gòu)光纖。釆用紫外側(cè)寫技術(shù)或(302熱激技術(shù)，可以在PCF 中寫制光子晶體光纖光柵。微結(jié)構(gòu)光纖光柵具有豐富的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。改變 光纖中的微孔排列、大小以及占空比，或者將介質(zhì)載入微孔，均可改變光子晶 體光纖及其光柵的光學(xué)性質(zhì)，極大地改變了光纖傳感器的結(jié)構(gòu)和性能。但其制 作成本高,與普通光纖的對接使用也存在很多問題。圖l是其三種基本結(jié)構(gòu)。
制造光學(xué)波段的光子晶體，化學(xué)方法就顯示出更大的優(yōu)越性，其中利用膠體 顆粒自組裝是一種非常簡便的方法:合成單分散的膠體微球(如二氧化硅或聚苯 乙烯微球，Silica);膠體微球經(jīng)自組裝，形成三維有序堆積；燒結(jié)以增加樣品的機(jī) 械強(qiáng)度，同時(shí)控制顆粒間的孔隙率。微球組裝方法簡便易行，材料選擇范圍寬， 圓形微球易合成，且尺寸可控，制作成本低。圖2是垂直淀積法自組裝膠體晶體 的基本制備流程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即是基于上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行的，目的在于提供一種方便、廉價(jià), 能和現(xiàn)在的光纖相匹配的微結(jié)構(gòu)光纖。利用膠體晶體光子帶隙和光纖端面形成 法布里-帕羅腔(F-P腔)，提供一種具有光子帶隙，法布里-帕羅腔調(diào)制和光波傳輸
多重功能的微結(jié)構(gòu)光纖。
本發(fā)明一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，由單模光纖A、單模光纖B、膠體 晶體和毛細(xì)玻璃封裝管構(gòu)成，所述單模光纖A、單模光纖B為單模裸光纖(即為 纖芯外包包層再外包涂覆層)，在單模光纖A、單模光纖B的端部除去一段涂覆 層，在單模光纖A與單模光纖B除去涂覆層的端面間設(shè)膠體晶體，將單模光纖A 和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端帶有V型槽的毛細(xì)玻璃管套裝對接起來, 用熱塑套管封裝為一體。
本發(fā)明的纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，其制備工藝步驟如下
(a) 研磨機(jī)研磨單模光纖A、 B的端面，使端面平整；端面的平整度達(dá)到光 纖對接標(biāo)準(zhǔn)(損耗0.5dB);
(b) 配備HF酸緩沖溶液，質(zhì)量配比為HF : NH4F : H2O=3:7:10， NH4F可 以減緩HF酸的腐蝕速率,使腐蝕的凹腔底面平整；
(c) 將研磨后的單模光纖A插入HF酸緩沖溶液中，單模光纖A的包層和 纖芯被HF酸腐蝕，涂覆層得以保留，在光纖的端面形成凹腔(包層和纖芯的端 面做作為凹腔的底，包層作為凹腔的墻)；凹腔的深度在3微米~ 30微米之間；
(d) 配制膠體微球水溶液；所述膠體微球水溶液的濃度(質(zhì)量百分比) 2%~8%,(膠體微球直徑-平均直徑)/平均直徑x %<0.2%;
(e) 將帶有凹腔的單模光纖A端面向上插入盛有膠體微球水溶液的玻璃瓶 中(凹腔要漫入膠體微球水溶液中)，釆用恒溫加熱，溫度為40°C~80°C，釆用垂 直淀積法(自組裝)用膠體微球在單模光纖A端面的凹腔中生長膠體晶體；
(f) 用濃硫酸或雙氧將水單模光纖A帶有膠體晶體的一端、單模光纖B經(jīng) 研磨平整端面的一端除去一段涂覆層，清洗并干燥單模光纖A、 B;
(g) 將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端帶有V型槽的 毛細(xì)玻璃管套裝對接起來,然后用熱塑套管封裝，形成纖芯型膠體晶體微結(jié)構(gòu)光 纖。(V型槽是為了插入光纖方便，不是本技術(shù)方案必要技術(shù)特征，毛細(xì)玻璃管內(nèi)
徑與光纖包層直徑要匹配)。
本發(fā)明纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，膠體晶體與普通光纖直接制作為一 個(gè)微結(jié)構(gòu)光纖,具有空氣芯和多孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步發(fā)展可以成為光纖波導(dǎo)和光纖傳
感器；光纖的兩個(gè)端面形成了 fp腔，光經(jīng)過光纖直接進(jìn)入膠體晶體和fp腔，
光譜具有光子帶隙和fp腔的雙重特征，且與現(xiàn)有的光通訊設(shè)備相兼容。因此， 借助本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)三維膠體晶體和光纖的結(jié)合，出射光為fp腔調(diào)制下的光子 帶隙的特征譜線光子帶隙，可以作為光開光，波導(dǎo)以及濾波器和交叉器。也可 以進(jìn)一步制作廉價(jià)的傳感器.。


圖1是光子晶體光纖結(jié)構(gòu)示意圖；(l-l:空心，l-2:材料,l-3:空心，l-4:材料，l畫5: 材料(不同于l-4)，l-6實(shí)心;結(jié)構(gòu)都是形成周期結(jié)構(gòu))
圖2是垂直淀積法自組裝膠體晶體示意圖；(2-l:基片,2-2:膠體微球，2-3溶 液,2-4溶液的半月面,2-5:膠體微球的重力,2-6:聚合力，2-7:流體剪切力)
圖3是本發(fā)明纖芯型膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖結(jié)構(gòu)示意圖4是纖芯型膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖的透射譜線；
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 實(shí)施例l、如圖3所示， 一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，由單模光纖A、 單模光纖B、膠體晶體(3-4)和毛細(xì)玻璃封裝管(3-l)構(gòu)成，所述單模光纖A、 單模光纖B為單模裸光纖(即為纖芯3-3外包包層3-2再外包涂覆層)，在單模光 纖A、單模光纖B的端部除去一段涂覆層，在單模光纖A與單模光纖B除去涂覆 層的端面間設(shè)膠體晶體，將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端 帶有V型槽的毛細(xì)玻璃管套裝對接起來，用熱塑套管封裝為一體。
上述纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖的制備工藝步驟如下 (b)研磨機(jī)研磨單模光纖A、B的端面，使端面平整；端面的平整度達(dá)到光 纖對接標(biāo)準(zhǔn)(損耗0.5dB);
(b) 配備HF酸緩沖溶液，質(zhì)量配比為HF : NH4F : H2O=3:7:10， NH4F可 以減緩HF酸的腐蝕速率,使腐蝕的凹腔底面平整；
(c) 將研磨后的單模光纖A插入HF酸緩沖溶液中，單模光纖A的包層和 纖芯被HF酸腐蝕，涂覆層得以保留，在光纖的端面形成凹腔(包層和纖芯的端 面做作為凹腔的底，包層作為凹腔的墻)；凹腔的深度為3微米；
(d) 配制膠體微球水溶液；所述膠體微球水溶液的濃度(質(zhì)量百分比)2%, (膠體微球直徑-平均直徑)/平均直徑x %<0.2%;
(e) 將帶有凹腔的單模光纖A端面向上插入盛有膠體微球水溶液的玻璃瓶 中(凹腔要漫入膠體微球水溶液中)，釆用恒溫加熱，溫度為40°C，釆用垂直淀 積法(自組裝)用膠體微球在單模光纖A端面的凹腔中生長膠體晶體；
(f) 用濃硫酸或雙氧將水單模光纖A帶有膠體晶體的一端、單模光纖B經(jīng) 研磨平整端面的一端除去一段涂覆層，清洗并干燥單模光纖A、 B;
(g) 將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端帶有V型槽的 毛細(xì)坡璃管套裝對接起來，然后用熱塑套管封裝，形成纖芯型膠體晶體微結(jié)構(gòu)光 纖。(V型槽是為了插入光纖方便，不是本技術(shù)方案必要技術(shù)特征,毛細(xì)玻璃管內(nèi) 徑與光纖包層直徑要匹配)。
實(shí)施例2、與實(shí)施例基本相同，所不同的是，凹腔的深度為15微米，膠體 微球水溶液的濃度(質(zhì)量百分比)5%,釆用恒溫加熱，溫度為60flC。
實(shí)施例3、與實(shí)施例基本相同，所不同的是，凹腔的深度為30微米，膠體 微球水溶液的濃度(質(zhì)量百分比)8%,釆用恒溫加熱，溫度為80。C。
權(quán)利要求
1、一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，由單模光纖A、單模光纖B、膠體晶體(3-4)和毛細(xì)玻璃封裝管(3-1)構(gòu)成，其特征是所述單模光纖A、單模光纖B為單模裸光纖，在單模光纖A、單模光纖B的端部除去一段涂覆層，在單模光纖A與單模光纖B除去涂覆層的端面間設(shè)膠體晶體，將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端帶有V型槽的毛細(xì)玻璃管套裝對接起來，用熱塑套管封裝為一體。
2、 一種制備權(quán)利要求l所述纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖的方法，其制備 步驟如下(a) 研磨機(jī)研磨單模光纖A、 B的端面，使端面平整；端面的平整度達(dá)到光 纖對接標(biāo)準(zhǔn)；(b) 配備HF酸緩沖溶液，質(zhì)量配比為HF : NH4F : H20=3: 7: 10, N^F可以 減緩HF酸的腐蝕速率，使腐蝕的凹腔底面平整；(c)將研磨后的單模光纖A插入HF酸緩沖溶液中，單模光纖A的包層和纖 芯被HF酸腐蝕，涂覆層得以保留，在光纖的端面形成凹腔；凹腔的深度在3微 米 30微米之間；(d )配制膠體微球水溶液；所述膠體微球水溶液的濃度(質(zhì)量百分比)2% ~ 8%,(膠體微球直徑-平均直徑)/平均直徑x % <Q. 2%;(e)將帶有凹腔的單模光纖A端面向上插入盛有膠體微球水溶液的玻璃瓶 中，釆用恒溫加熱，溫度為40°C~80°C,釆用垂直淀積法用膠體微球在單模光纖A 端面的凹腔中生長膠體晶體；(f )用濃硫酸或雙氧將水單模光纖A帶有膠體晶體的一端、單模光纖B經(jīng) 研磨平整端面的一端除去一段涂覆層，清洗并干燥單模光纖A、 B;(g)將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用毛細(xì)玻璃管套裝對接 起來,然后用熱塑套管封裝，形成纖芯型膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種纖芯型的膠體晶體微結(jié)構(gòu)光纖，由單模光纖A、單模光纖B、膠體晶體(3-4)和毛細(xì)玻璃封裝管(3-1)構(gòu)成，其特征是所述單模光纖A、單模光纖B為單模裸光纖，在單模光纖A、單模光纖B的端部除去一段涂覆層，在單模光纖A與單模光纖B除去涂覆層的端面間設(shè)膠體晶體，將單模光纖A和單模光纖B除去涂覆層的部分用兩端帶有V型槽的毛細(xì)玻璃管套裝對接起來，用熱塑套管封裝為一體。同時(shí)公開了其制備方法。
文檔編號G02B6/02GK101349779SQ20081019630
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月4日
發(fā)明者平 喻, 鳴 王, 葛益嫻, 閆海濤 申請人:南京師范大學(xué)