CN102368102A - 一种中红外光纤及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于光纤技术领域，提供了一种中红外光纤及其制作方法，所述中红外光纤具有石英包层和包裹在所述包层内的由中红外玻璃材料构成的纤芯。所述制作方法分为两步：第一步利用PCVD法制作空芯光纤预制棒并拉丝制作出空芯光纤；第二步向所述空芯光纤的孔内注入熔融的中红外玻璃。由于本发明所提供的中红外光纤的包层材质为石英，在和石英光纤熔接时，可直接利用现有光纤切割和熔接设备方便快捷的操作，因此更加容易熔接；而纤芯的材质为具有高非线性系数的中红外玻璃，如硫系玻璃、碲化物玻璃和氟化物玻璃等材料，适合非线性应用，如产生中红外宽带超连续谱；此中红外光纤可利用掺铒或铥的光纤激光器泵浦，实现全光纤化中红外宽带光源。
Description
技术领域
本发明属于光纤技术领域，尤其涉及一种可与普通石英光纤低损耗熔接的中红外光子光纤及其制作方法。
背景技术
由于中红外玻璃具有较高的透光波长范围(一般在2-16μm，)和非线性折射率系数(高出普通石英玻璃两个数量级)，因而在中红外激光传导、非线性光学等领域应用广泛，如医学手术(如激光灼烧外科)、热像传输、或研制成中红外超宽带光源。中红外超宽带光源还尤其具有高技术含量和广阔的应用前景，可应用在OCT(Optical Coherence Tomography，光学相干层析技术)、主动超光谱成像、分子光谱学、生物技术、环境监测等众多领域。还可以应用于安全与环境监测，如：爆炸气体探测系统，探测甲烷和其它易爆气体；燃烧效率和尾气排放监测系统，测量CO、CO2等；毒气探测、大气中水汽浓度等。在近年来针对中红外光纤的研究一直是光纤领域的前沿课题，新的设计使中红外光纤的性能不断改善，如利用光子晶体光纤的波导结构来调节中红外光纤的色散和双折射特性，使得近年来中红外光纤的研究获得了很大进展，所产生的中红外超宽带光谱范围也达到数微米。
然而，一般的中红外光纤具有软化温度低、质脆等特点，很难与石英光纤熔接，这是因为一般融石英玻璃的熔点达到1800度以上，而一般中红外玻璃的熔点仅为几百度，差别极大。一般的掺铒(或铥)光纤激光器都是以石英光纤为材质，很难将这些激光器与中红外光纤熔接，并进而制作出全光纤化的中红外超宽带光源，这限制了其实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种的中红外光纤，旨在实现中红外光纤与石英光纤的全光纤化熔接。
本发明是这样实现的，一种中红外光纤，所述中红外光纤具有石英包层和包裹在所述包层内的中红外玻璃纤芯。
进一步地，所述中红外玻璃为硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。
进一步地，所述包层包括熔石英外包层、掺氟区内包层和掺二氧化锗区。
本发明还提供了一种中红外光纤的制作方法，包括下述步骤：
步骤A：制作一预制棒，预制棒结构从外到内分别是熔石英区、掺氟玻璃折射率下陷区、掺二氧化锗玻璃区、芯子区为一沿光传播方向的空气孔，将预制棒拉丝，得到中间有孔的空芯石英光纤；
步骤B：将步骤A知道的空芯石英光纤的一端插入盛有熔融的中红外玻璃的密闭容器中；对所述密闭容器内充入惰性气体，以惰性气体压力使熔融的中红外玻璃注入纤芯的孔内。
进一步地，所述中红外玻璃为硫化物玻璃、硫系锗玻璃、蹄化物玻璃或氟化物玻璃。
进一步地，所述步骤A具体通过MCVD法货PCVD法制得预制棒。
进一步地，所述步骤A具体通过拉丝塔将预制棒拉丝。
由于本发明所提供的中红外光纤的绝大部分材质为石英，在和石英光纤熔接时，可直接利用现有光纤切割和熔接设备方便快捷的操作，因此更加容易熔接，从而实现中红外光纤与石英光纤的全光纤化熔接，此光纤可用现有的石英石英光纤激光器直接泵浦。另外，还可在石英包层中掺氟，在一定程度上提高了光纤的非线性折射率系数并拓宽了透光范围，而通过在纤芯孔中注入中红外玻璃尤其是硫系玻璃，又可使得整体非线性折射率系数得到进一步提高，透光范围进一步拓宽。
附图说明
图1是本发明实施例提供的中红外光纤的端截面示意图；
图2是本发明实施例提供的中红外光纤的制作方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例通过制作石英包层-中红外玻璃纤芯的混合玻璃型中红外光纤，实现可用中红外光纤与石英光纤的全光纤化熔接。
本发明实施例提供的中红外光纤具有石英包层和包裹在所述包层内的中红外玻璃纤芯2，图1作为本发明的一个具体示例，包层包括熔石英外包层11、掺氟区内包层12和掺二氧化锗区13。通过在包层内设置掺氟区内包层12，在一定程度上提高了光纤的非线性折射率系数并拓宽了透光范围。
上述中红外玻璃可以为硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃，硫系玻璃可采用AS2S3和AS2Se3，可使得整体非线性折射率系数得到进一步提高，透光范围进一步拓宽。
进一步地，通过在包层中设置掺二氧化锗区13，可形成一二氧化锗高折射率区13，即便不在中间的空芯中注入中红外玻璃，此空芯光纤也可以作为独立的传光波导，此时光在二氧化锗高折射率区域内传导。
具体地，上述中红外玻璃纤芯2的直径大小可设计在2um～6um之间，掺氟区内包层12的厚度可设计为2um，折射率下陷为0.008，低折射率区起到包层作用；而环形掺二氧化锗区13的厚度为1-3um，相应地，折射率可上升为：0.02-0.035。此处折射率比掺氟区高的好处是：即便纤芯没有填充更高折射率的中红外玻璃，是空气，光也可以限制在掺锗区内传导；即掺氟区内包层12可使熔石英的折射率下降，而掺二氧化锗区13又可让熔石英的折射率上升。
上述中红外光纤可采用高压注入法制作，制作方法包括下述步骤：
步骤A：制作一预制棒，预制棒结构从外到内分别是熔石英区、掺氟玻璃折射率下陷区、掺二氧化锗玻璃区、芯子区为一沿光传播方向的空气孔，将预制棒拉丝，得到中间有孔的空芯石英光纤。
步骤B：将步骤A知道的空芯石英光纤的一端插入盛有熔融的中红外玻璃的密闭容器中；对所述密闭容器内充入惰性气体，以惰性气体压力使熔融的中红外玻璃注入纤芯的孔内。
其中，上述中红外玻璃可以为硫化物玻璃、硫系锗玻璃、蹄化物玻璃或氟化物玻璃，惰性气体可采用氦气或氩气实现。
图2为上述制作方法的一种具体实现方式，其中中红外玻璃以硫系玻璃为例。参照图2，密闭容器A内放置有硫系玻璃，密闭容器A的封盖上插有通过步骤A制得的石英光纤C，且插口处保证密封。然后对密闭容器A抽真空，以防止中红外玻璃融化时和氧气发生反应，导致玻璃变性，再通过炉子B对密闭容器A加热直至硫系玻璃为熔融状态，如上文所述，此石英光纤C的纤芯内部沿光传播方向具有一孔，石英光纤C要插入熔融的硫系玻璃中。向密闭容器A内注入惰性气体D，当密闭容器A的气压达到一定程度时，熔融的硫系玻璃在高压下将注入石英光纤C的孔内。通过气压计调整密闭容器A的气压大小，可实现不同的注入长度。
上述中红外光纤的绝大部分材质为石英，在和石英光纤熔接时，可直接利用现有光纤切割和熔接设备方便快捷的操作，因此更加容易熔接，从而实现中红外光纤与石英光纤的全光纤化熔接，此光纤可用现有的石英石英光纤激光器直接泵浦。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种中红外光纤，其特征在于，所述中红外光纤具有石英包层和包裹在所述包层内的中红外玻璃纤芯。
2.如权利要求1所述的中红外光纤，其特征在于，所述中红外玻璃为硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。
3.如权利要求1所述的中红外光纤，其特征在于，所述包层包括熔石英外包层、掺氟区内包层和掺二氧化锗区。
4.一种中红外光纤的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤A：制作一预制棒，预制棒结构从外到内分别是熔石英区、掺氟玻璃折射率下陷区、掺二氧化锗玻璃区、芯子区为一沿光传播方向的空气孔，将预制棒拉丝，得到中间有孔的空芯石英光纤；
步骤B：将步骤A知道的空芯石英光纤的一端插入盛有熔融的中红外玻璃的密闭容器中；对所述密闭容器内充入惰性气体，以惰性气体压力使熔融的中红外玻璃注入纤芯的孔内。
5.如权利要求4所述的中红外光纤的制作方法，其特征在于，所述中红外玻璃为硫系玻璃、碲化物玻璃或氟化物玻璃。
6.如权利要求4所述的中红外光纤的制作方法，其特征在于，所述步骤A具体通过MCVD法货PCVD法制得预制棒。
7.如权利要求4所述的中红外光纤的制作方法，其特征在于，所述步骤A具体通过拉丝塔将预制棒拉丝。
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