專利名稱：一種中紅外光纖及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可與普通石英光纖低損耗熔接的中紅外光子光纖及其制作方法。
背景技術(shù)：
由于中紅外玻璃具有較高的透光波長范圍(一般在2-16 μ m，)和非線性折射率系數(shù)(高出普通石英玻璃兩個(gè)數(shù)量級(jí))，因而在中紅外激光傳導(dǎo)、非線性光學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如醫(yī)學(xué)手術(shù)(如激光灼燒外科)、熱像傳輸、或研制成中紅外超寬帶光源。中紅外超寬帶光源還尤其具有高技術(shù)含量和廣闊的應(yīng)用前景，可應(yīng)用在0CT(0ptical Coherence Tomography，光學(xué)相干層析技術(shù))、主動(dòng)超光譜成像、分子光譜學(xué)、生物技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域。還可以應(yīng)用于安全與環(huán)境監(jiān)測，如爆炸氣體探測系統(tǒng)，探測甲烷和其它易爆氣體； 燃燒效率和尾氣排放監(jiān)測系統(tǒng)，測量CO、C02等；毒氣探測、大氣中水汽濃度等。在近年來針對中紅外光纖的研究一直是光纖領(lǐng)域的前沿課題，新的設(shè)計(jì)使中紅外光纖的性能不斷改善，如利用光子晶體光纖的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來調(diào)節(jié)中紅外光纖的色散和雙折射特性，使得近年來中紅外光纖的研究獲得了很大進(jìn)展，所產(chǎn)生的中紅外超寬帶光譜范圍也達(dá)到數(shù)微米。然而，一般的中紅外光纖具有軟化溫度低、質(zhì)脆等特點(diǎn)，很難與石英光纖熔接，這是因?yàn)橐话闳谑⒉ＡУ娜埸c(diǎn)達(dá)到1800度以上，而一般中紅外玻璃的熔點(diǎn)僅為幾百度，差別極大。一般的摻鉺(或銩)光纖激光器都是以石英光纖為材質(zhì)，很難將這些激光器與中紅外光纖熔接，并進(jìn)而制作出全光纖化的中紅外超寬帶光源，這限制了其實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種的中紅外光纖，旨在實(shí)現(xiàn)中紅外光纖與石英光纖的全光纖化熔接。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種中紅外光纖，所述中紅外光纖具有石英包層和包裹在所述包層內(nèi)的中紅外玻璃纖芯。進(jìn)一步地，所述中紅外玻璃為硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。進(jìn)一步地，所述包層包括熔石英外包層、摻氟區(qū)內(nèi)包層和摻二氧化鍺區(qū)。本發(fā)明還提供了一種中紅外光纖的制作方法，包括下述步驟步驟A 制作一預(yù)制棒，預(yù)制棒結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)分別是熔石英區(qū)、摻氟玻璃折射率下陷區(qū)、摻二氧化鍺玻璃區(qū)、芯子區(qū)為一沿光傳播方向的空氣孔，將預(yù)制棒拉絲，得到中間有孔的空芯石英光纖；步驟B 將步驟A知道的空芯石英光纖的一端插入盛有熔融的中紅外玻璃的密閉容器中；對所述密閉容器內(nèi)充入惰性氣體，以惰性氣體壓力使熔融的中紅外玻璃注入纖芯的孔內(nèi)。進(jìn)一步地，所述中紅外玻璃為硫化物玻璃、硫系鍺玻璃、蹄化物玻璃或氟化物玻
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進(jìn)一步地，所述步驟A具體通過MCVD法貨PCVD法制得預(yù)制棒。進(jìn)一步地，所述步驟A具體通過拉絲塔將預(yù)制棒拉絲。由于本發(fā)明所提供的中紅外光纖的絕大部分材質(zhì)為石英，在和石英光纖熔接時(shí)， 可直接利用現(xiàn)有光纖切割和熔接設(shè)備方便快捷的操作，因此更加容易熔接，從而實(shí)現(xiàn)中紅外光纖與石英光纖的全光纖化熔接，此光纖 可用現(xiàn)有的石英石英光纖激光器直接泵浦。另夕卜，還可在石英包層中摻氟，在一定程度上提高了光纖的非線性折射率系數(shù)并拓寬了透光范圍，而通過在纖芯孔中注入中紅外玻璃尤其是硫系玻璃，又可使得整體非線性折射率系數(shù)得到進(jìn)一步提高，透光范圍進(jìn)一步拓寬。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的中紅外光纖的端截面示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的中紅外光纖的制作方法示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實(shí)施例通過制作石英包層_中紅外玻璃纖芯的混合玻璃型中紅外光纖，實(shí)現(xiàn)可用中紅外光纖與石英光纖的全光纖化熔接。本發(fā)明實(shí)施例提供的中紅外光纖具有石英包層和包裹在所述包層內(nèi)的中紅外玻璃纖芯2，圖1作為本發(fā)明的一個(gè)具體示例，包層包括熔石英外包層11、摻氟區(qū)內(nèi)包層12和摻二氧化鍺區(qū)13。通過在包層內(nèi)設(shè)置摻氟區(qū)內(nèi)包層12，在一定程度上提高了光纖的非線性折射率系數(shù)并拓寬了透光范圍。上述中紅外玻璃可以為硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃，硫系玻璃可采用 AS2S3和AS2Se3，可使得整體非線性折射率系數(shù)得到進(jìn)一步提高，透光范圍進(jìn)一步拓寬。進(jìn)一步地，通過在包層中設(shè)置摻二氧化鍺區(qū)13，可形成一二氧化鍺高折射率區(qū) 13，即便不在中間的空芯中注入中紅外玻璃，此空芯光纖也可以作為獨(dú)立的傳光波導(dǎo)，此時(shí)光在二氧化鍺高折射率區(qū)域內(nèi)傳導(dǎo)。具體地，上述中紅外玻璃纖芯2的直徑大小可設(shè)計(jì)在2um 6um之間，摻氟區(qū)內(nèi)包層12的厚度可設(shè)計(jì)為2um，折射率下陷為0. 008，低折射率區(qū)起到包層作用；而環(huán)形摻二氧化鍺區(qū)13的厚度為l_3um，相應(yīng)地，折射率可上升為0. 02-0. 035。此處折射率比摻氟區(qū)高的好處是即便纖芯沒有填充更高折射率的中紅外玻璃，是空氣，光也可以限制在摻鍺區(qū)內(nèi)傳導(dǎo)；即摻氟區(qū)內(nèi)包層12可使熔石英的折射率下降，而摻二氧化鍺區(qū)13又可讓熔石英的折射率上升。上述中紅外光纖可采用高壓注入法制作，制作方法包括下述步驟步驟A 制作一預(yù)制棒，預(yù)制棒結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)分別是熔石英區(qū)、摻氟玻璃折射率下陷區(qū)、摻二氧化鍺玻璃區(qū)、芯子區(qū)為一沿光傳播方向的空氣孔，將預(yù)制棒拉絲，得到中間有孔的空芯石英光纖。步驟B 將步驟A知道的空芯石英光纖的一端插入盛有熔融的中紅外玻璃的密閉容器中；對所述密閉容器內(nèi)充入惰性氣體，以惰性氣體壓力使熔融的中紅外玻璃注入纖芯的孔內(nèi)。其中，上述中紅外玻璃可以為硫化物玻璃、硫系鍺玻璃、蹄化物玻璃或氟化物玻璃，惰性氣體可采用氦氣或氬氣實(shí)現(xiàn)。圖2為上述制作方法的一種具體實(shí)現(xiàn)方式，其中中紅外玻璃以硫系玻璃為例。參照圖2，密閉容器A內(nèi)放置有硫系玻璃，密閉容器A的封蓋上插有通過步驟A制得的石英光纖C，且插口處保證密封。然后對密閉容器A抽真空，以防止中紅外玻璃融化時(shí)和氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致玻璃變性，再通過爐子B對密閉容器A加熱直至硫系玻璃為熔融狀態(tài)，如上文所述，此石英光纖C的纖芯內(nèi)部沿光傳播方向具有一孔，石英光纖C要插入熔融的硫系玻璃中。向密閉容器A內(nèi)注入惰性氣體D，當(dāng)密閉容器A的氣壓達(dá)到一定程度時(shí)，熔融的硫系玻璃在高壓下將注入石英光纖C的孔內(nèi)。通過氣壓計(jì)調(diào)整密閉容器A的氣壓大小，可實(shí)現(xiàn)不同的注入長度。上述中紅外光纖的絕大部分材質(zhì)為石英，在和石英光纖熔接時(shí)，可直接利用現(xiàn)有光纖切割和熔接設(shè)備方便快捷的操作，因此更加容易熔接，從而實(shí)現(xiàn)中紅外光纖與石英光纖的全光纖化熔接，此光纖可用現(xiàn)有的石英石英光纖激光器直接泵浦。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種中紅外光纖，其特征在于，所述中紅外光纖具有石英包層和包裹在所述包層內(nèi)的中紅外玻璃纖芯。
2.如權(quán)利要求1所述的中紅外光纖，其特征在于，所述中紅外玻璃為硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。
3.如權(quán)利要求1所述的中紅外光纖，其特征在于，所述包層包括熔石英外包層、摻氟區(qū)內(nèi)包層和摻二氧化鍺區(qū)。
4.一種中紅外光纖的制作方法，其特征在于，包括下述步驟步驟A 制作一預(yù)制棒，預(yù)制棒結(jié)構(gòu)從外到內(nèi)分別是熔石英區(qū)、摻氟玻璃折射率下陷區(qū)、摻二氧化鍺玻璃區(qū)、芯子區(qū)為一沿光傳播方向的空氣孔，將預(yù)制棒拉絲，得到中間有孔的空芯石英光纖；步驟B 將步驟A知道的空芯石英光纖的一端插入盛有熔融的中紅外玻璃的密閉容器中；對所述密閉容器內(nèi)充入惰性氣體，以惰性氣體壓力使熔融的中紅外玻璃注入纖芯的孔內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的中紅外光纖的制作方法，其特征在于，所述中紅外玻璃為硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。
6.如權(quán)利要求4所述的中紅外光纖的制作方法，其特征在于，所述步驟A具體通過 MCVD法貨PCVD法制得預(yù)制棒。
7.如權(quán)利要求4所述的中紅外光纖的制作方法，其特征在于，所述步驟A具體通過拉絲塔將預(yù)制棒拉絲。
全文摘要
本發(fā)明適用于光纖技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種中紅外光纖及其制作方法，所述中紅外光纖具有石英包層和包裹在所述包層內(nèi)的由中紅外玻璃材料構(gòu)成的纖芯。所述制作方法分為兩步第一步利用PCVD法制作空芯光纖預(yù)制棒并拉絲制作出空芯光纖；第二步向所述空芯光纖的孔內(nèi)注入熔融的中紅外玻璃。由于本發(fā)明所提供的中紅外光纖的包層材質(zhì)為石英，在和石英光纖熔接時(shí)，可直接利用現(xiàn)有光纖切割和熔接設(shè)備方便快捷的操作，因此更加容易熔接；而纖芯的材質(zhì)為具有高非線性系數(shù)的中紅外玻璃，如硫系玻璃、碲化物玻璃和氟化物玻璃等材料，適合非線性應(yīng)用，如產(chǎn)生中紅外寬帶超連續(xù)譜；此中紅外光纖可利用摻鉺或銩的光纖激光器泵浦，實(shí)現(xiàn)全光纖化中紅外寬帶光源。
文檔編號(hào)G02B6/036GK102368102SQ20111030871
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者杜戈果, 郭春雨, 閆培光, 阮雙琛 申請人:深圳大學(xué)