本發(fā)明涉及一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法，屬于光纖技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光纖器件有著抗電磁干擾、體積小、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等突出的優(yōu)點(diǎn)，近十幾年來(lái)受到了光纖技術(shù)領(lǐng)域的普遍關(guān)注，可實(shí)現(xiàn)光濾波器、光調(diào)制器、光傳感器、光分束器等功能器件，在光纖通信、光纖傳感、光纖激光等方面有著廣泛的應(yīng)用。大多全光纖器件的制備均依賴(lài)于光纖局域折射率的調(diào)制，即改變光纖纖芯局域折射率，典型的器件有：光纖光柵、光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等。

隨著光纖器件制作的需要，人們提出并研究了多種纖芯折射率調(diào)制機(jī)理及方法。目前在制作長(zhǎng)周期光纖光柵領(lǐng)域提出的光纖折射率調(diào)制機(jī)理主要有應(yīng)力釋放、光纖纖芯與包層的擴(kuò)散、玻璃結(jié)構(gòu)的改變、機(jī)械形變、微結(jié)構(gòu)光纖塌陷等。長(zhǎng)周期光纖光柵利用了折射率的周期性調(diào)制形成較強(qiáng)的諧振峰，調(diào)制機(jī)理如上述所示，或者是上述幾種機(jī)理的結(jié)合。制作光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等器件，引起折射率調(diào)制的方法目前主要有熔接不同折射率的光纖或膜片、飛秒激光加工、二氧化碳激光器加工、在光纖中形成空氣腔等。結(jié)合上述幾種光纖纖芯折射率調(diào)制方法考慮，其中除了熔接不同折射率的光纖或膜片和在光纖中產(chǎn)生一個(gè)空氣腔的方法，其余方法引起的折射率調(diào)制系數(shù)均較小，若折射率調(diào)制系數(shù)過(guò)低，就容易受外界因素的影響而被擦除，無(wú)法達(dá)到穩(wěn)定的要求。但是熔接不同折射率的光纖或膜片和在光纖中產(chǎn)生一個(gè)空氣腔的方法，又加大了對(duì)制作工藝的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種新的實(shí)現(xiàn)光纖纖芯折射率調(diào)制方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種光纖纖芯折射率調(diào)制的方法，包括以下步驟：

步驟1：利用管棒法制作光纖預(yù)制棒：套管為一端收實(shí)的純石英空心管，芯棒為單晶藍(lán)寶石棒；

步驟2：利用石英光纖拉絲工藝，將光纖預(yù)制棒拉制成高濃度摻雜氧化鋁石英光纖；高濃度摻雜氧化鋁石英光纖由高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯和純二氧化硅包層組成；

步驟3：制備析晶區(qū)域：對(duì)高濃度摻雜氧化鋁石英光纖的局部處理區(qū)域進(jìn)行快速熱處理，在高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯中形成析晶區(qū)域。

所述步驟3采用高壓電極電弧放電熱處理方法制備析晶區(qū)域，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于高壓電極電弧放電弧光中，按照設(shè)置的放電參數(shù)對(duì)局部處理區(qū)域進(jìn)行放電熱處理，放電參數(shù)包括放電時(shí)間和放電強(qiáng)度。

所述步驟3采用二氧化碳激光熱處理方法制備析晶區(qū)域，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于二氧化碳激光焦點(diǎn)處，通過(guò)激光束對(duì)光纖橫向掃描，或控制激光輸出脈寬，使得激光短時(shí)作用于光纖上，再通過(guò)改變掃描速度、脈沖時(shí)間及激光能量，對(duì)局部處理區(qū)域進(jìn)行激光熱處理。

所述步驟3采用火焰熱處理方法制備析晶區(qū)域，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于氫氧火焰微火炬處，通過(guò)橫向移動(dòng)光纖，使得微火炬短時(shí)作用于光纖上，再通過(guò)改變光纖移動(dòng)速度、微火炬強(qiáng)度，對(duì)局部處理區(qū)域進(jìn)行火焰熱處理。

采用上述技術(shù)方案，產(chǎn)生的有益效果在于：

本發(fā)明通過(guò)對(duì)光纖進(jìn)行快速熱處理析晶的方法來(lái)改變光纖纖芯的折射率，具有實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、折射率調(diào)制增量大等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于制作長(zhǎng)周期光纖光柵、光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等光纖器件中。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的流程圖；

圖2是本發(fā)明中出現(xiàn)的析晶現(xiàn)象示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一中的折射率調(diào)制區(qū)域顯微照片；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中的折射率調(diào)制區(qū)域顯微照片；

其中：1-高濃度摻雜氧化鋁石英光纖，2-纖芯，3-包層，4-局部處理區(qū)域，5-析晶區(qū)域。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1和圖2，一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法，包括以下步驟：

步驟1：利用管棒法制作光纖預(yù)制棒：套管為一端收實(shí)的純石英空心管，芯棒為單晶藍(lán)寶石棒；

步驟2：利用石英光纖拉絲工藝，將光纖預(yù)制棒拉制成高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1；高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1由纖芯2和包層3組成；纖芯2為高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅，包層3為純二氧化硅；

步驟3：制備析晶區(qū)域：對(duì)高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的局部處理區(qū)域4進(jìn)行快速熱處理，在高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯2中形成析晶區(qū)域5。

所述步驟3采用高壓電極電弧放電熱處理方法制備析晶區(qū)域，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于高壓電極電弧放電弧光中，按照設(shè)置的放電參數(shù)對(duì)局部處理區(qū)域4進(jìn)行放電熱處理，放電參數(shù)包括放電時(shí)間和放電強(qiáng)度。

本發(fā)明通過(guò)高壓電極電弧放電對(duì)高濃度摻雜氧化鋁石英光纖進(jìn)行熱處理，制備析晶區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)纖芯折射率的調(diào)制。

本實(shí)施例中，纖芯2直徑為18μm，包層3直徑為125μm。

本實(shí)施例將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的局部處理區(qū)域4中心置于兩高壓電極之間，通過(guò)對(duì)兩電極施加高壓電脈沖，產(chǎn)生電弧放電，弧光作用于高濃度摻雜氧化鋁石英光纖，實(shí)現(xiàn)放電熱處理。

參見(jiàn)圖3，高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1經(jīng)過(guò)高壓放電熱處理后，局部處理區(qū)域4的纖芯會(huì)出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象，其透光性下降，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)，析晶區(qū)域5較未處理處的纖芯透光性下降。

本發(fā)明的機(jī)理為通過(guò)熱處理方法使纖芯2的材料的析晶效應(yīng)致使高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的折射率改變。纖芯2在局部熱處理過(guò)程中，經(jīng)歷快速升溫和降溫過(guò)程，經(jīng)歷從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)又轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程，將均勻分布的納米級(jí)氧化鋁摻雜轉(zhuǎn)變?yōu)閬單⒚准?jí)氧化鋁晶體摻雜。在熱處理工藝之前，高濃度氧化鋁摻雜石英光纖的纖芯為無(wú)定形非晶態(tài)，纖芯中氧化鋁呈納米級(jí)摻雜狀態(tài)，均勻的分布在二氧化硅基底中。在快速升溫后，纖芯材料轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，此時(shí)氧化鋁粘度較小，受到分子間作用力的影響后，氧化鋁納米粒子迅速聚集形成大顆粒氧化鋁晶體。降溫后，生長(zhǎng)后的氧化鋁顆粒就鑲嵌在纖芯中，從而實(shí)現(xiàn)熱處理析晶現(xiàn)象。非晶態(tài)是一種不定形態(tài)，排列無(wú)序，晶態(tài)是一種定性態(tài)，排列有序。在析晶過(guò)程中，局域氧化鋁分子重新排列，由雜亂無(wú)章轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟蛴行虻慕Y(jié)構(gòu)，局域材料密度增加，同時(shí)折射率也相應(yīng)地增大。在本實(shí)施例中，拉制后的高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的纖芯折射率為1.53，經(jīng)過(guò)析晶調(diào)制后，折射率增加0.01，纖芯折射率變?yōu)?.54。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于所述步驟3采用二氧化碳激光熱處理方法制備析晶區(qū)域5，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于二氧化碳激光焦點(diǎn)處，通過(guò)激光束對(duì)光纖橫向掃描，或控制激光輸出脈寬，使得激光短時(shí)作用于光纖上，再通過(guò)改變掃描速度、脈沖時(shí)間及激光能量，對(duì)局部處理區(qū)域4進(jìn)行激光熱處理。

參見(jiàn)圖4，高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1經(jīng)過(guò)使二氧化碳激光熱處理后，被處理區(qū)域4的光纖纖芯會(huì)出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象，其透光性下降，通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀測(cè)，析晶區(qū)域5較未處理處的光纖纖芯，透光性下降。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于所述步驟3采用火焰熱處理方法制備析晶區(qū)域，將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于氫氧火焰微火炬處，通過(guò)橫向移動(dòng)光纖，使得微火炬短時(shí)作用于光纖上，再通過(guò)改變光纖移動(dòng)速度、微火炬強(qiáng)度，對(duì)局部處理區(qū)域4進(jìn)行火焰熱處理。高濃度氧化鋁摻雜光纖在經(jīng)歷快速升溫和快速降溫的過(guò)程后，會(huì)出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象。

在拉絲過(guò)程中，由于熔融的二氧化硅與融化的單晶藍(lán)寶石材料發(fā)生相互擴(kuò)散，拉制出的纖芯2材料為高濃度氧化鋁摻雜的二氧化硅，包層3材料仍為純二氧化硅，透析晶區(qū)域5的折射率發(fā)生明顯增大，折射率調(diào)制增量約為0.01，同時(shí)析晶區(qū)域的透光性下降。