具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，包括光纤包层和纤芯，光纤包层与纤芯之间具有空气腔，空气腔包括主腔段以及沿光纤轴向位于主腔段两侧的过渡段；过渡段沿光纤径向的宽度向靠近主腔段的轴向方向逐渐增大；光纤包层位于过渡段的部分包括外表层和位于外表层内的光子晶体层，光子晶体层的厚度沿靠近主腔段的光纤轴向方向逐渐减小；纤芯位于过渡段部分的直径向靠近主腔段的方向逐渐减小；纤芯位于主腔段部分的直径为亚微米级；空气腔内设有连接光纤包层与纤芯的支撑膜。本发明专利技术具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的过渡段及主腔段结构，使其具有缓变的形态，在光纤内可以形成较大的消逝场；从而低损、缓变地接入单模光纤系统。

【技术实现步骤摘要】
具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元及其制备方法
本专利技术属于光纤
，具体涉及一种微纳芯径的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元及其制备方法。
技术介绍
现有各种微结构光纤(Micro-structuredOpticalFiber)的出现和发展扩展了光纤的特性，进一步增大了光纤的应用范围。其中，悬挂芯光纤(Suspendedcorefiber)作为微结构光纤的一类，其纤芯通过极薄的膜结构，支撑于光纤内部的空气区域。相比于其他光纤，悬挂芯光纤的特点主要有：具有大尺度、多单元的光-物质交叠区域，强的模场束缚能力，密封且一体的外层保护，已在光纤传感，光纤器件等方面已获得越来越多应用。在实际应用中，悬挂芯光纤与已广泛使用的普通单模光纤的连接不可避免，但由于悬挂芯光纤和单模光纤的导模模场在尺度和形态上的差异，两者的直接连接通常会带入很大的插入损耗，通常需要通过采用额外的光学、光纤器件来减小两者间的导模模场的差别，实现较低插入损耗的连接。同时，悬挂芯光纤的细小纤芯和极薄的支撑结构在熔接时很容易产生熔球和塌陷现象，降低熔接温度可以缓和这个问题，但是会影响到焊点的强度，这些问题限制了悬挂芯光纤的应用。另外，目前悬挂芯光纤主要是通过光纤拉丝塔对特定形状的预制棒在高温下进行拉制而成。虽然一次可以制作的光纤长度很长，但工艺流程较复杂，且对设备投入要求较高。而且通常对于光纤在非传输方面的应用，所需要的光纤长度较短，而对光纤结构的灵活性有较大需求，这些问题使得悬挂芯光纤在实际的使用中受到比较大的限制。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种具有较大消逝场、结构稳定、且能够低损、缓变地与单模光纤系统接入的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元。为了实现上述专利技术目的，本专利技术实施例的技术方案如下：一种具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，包括光纤包层和纤芯，所述光纤包层与纤芯之间具有空气腔，所述空气腔包括主腔段、以及沿光纤轴向方向分别位于主腔段两侧的过渡段；其中，所述过渡段的光纤径向宽度由主腔段两端沿光纤轴向外延伸方向逐渐减小；所述光纤包层位于过渡段的部分包括外表层和位于外表层内的光子晶体层，且该光子晶体层的厚度沿靠近主腔段的光纤轴向方向逐渐减小；所述纤芯位于过渡段部分的直径沿光纤轴向并靠近主腔段的方向逐渐减小，所述纤芯位于位于主腔段部分的直径为亚微米级别；所述空气腔内设有连接光纤包层内壁与纤芯的支撑膜。本专利技术的上述具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的过渡段结构特点，使光纤具有缓变的形态，可以完全适应在较大的波长范围内支持单模传播，而且由于上述结构，在光纤内可以形成较大的消逝场；并且支撑膜结构，使光纤内结构整体稳定性高，耐用性相比现有的悬挂芯光纤大大提升，从而低损、缓变地接入单模光纤系统。本专利技术针对现有悬挂芯光纤的缺陷，提出一种制备上述的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的方法，包括如下步骤：在光子晶体光纤上套设石英套管；将光子晶体光纤其中一端面上的气孔进行全部封闭、另一端面上的气孔进行部分封闭；通过光子晶体光纤端面未封闭的气孔向光子晶体光纤内施加0.3-2MPa的气压；将光子晶体光纤套设石英套管的部位进行第一次加热处理至光子晶体光纤软化并与石英套管熔合，并在第一次加热的过程中将光子晶体光纤进行第一次拉伸；将光子晶体光纤内施加的气压降低至0.11-0.5MPa，对光子晶体光纤套设石英套管的部位进行第二次加热处理，并在第二次加热的过程中进行第二次拉伸至形成具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元。本专利技术的制备方法，以与单模光纤模场尺寸相近的光子晶体光纤为基材，通过在光子晶体光纤外部加装石英套管，然后使其内部气孔发生选择性膨胀的方法，将光子晶体光纤部分地转化为具有缓变过渡区的悬挂芯结构光纤，实现了灵活的制备多种悬挂芯结构光纤，降低了悬挂芯光纤与普通单模光纤连接的插入损耗。而且在制备的过程中避免了悬挂芯结构的管壁在高气压下的爆裂，通过分次加热和拉伸实现了细芯径具有了光子微单元的结构；而且悬挂芯结构在高气压下成型，在包层的光子晶体结构坍塌前已形成很薄的薄膜支撑，因此过渡区中的模式的泄漏损耗小；而且采用本专利技术的上述步骤其对光纤本身的损伤较小，因此可以加工制备出更加纤细的光纤内部结构，使得悬挂芯光纤可以在基于消逝场探测、传感，和光纤非线性领域的应用中大的提升其适用性；而且不需要光纤拉丝工艺，通过对现有光子晶体光纤内不同气孔组合的局部膨胀即可实现多种悬挂芯结构。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例微纳芯径的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元轴向剖面示意图；图2为本专利技术实施例微纳芯径的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元径向剖面示意图；图3为形成图2中支撑膜前进行部分气孔封闭的示意图；图4为本专利技术另一实施例中部分封闭气孔的示意图；图5为图4中部分封闭气孔形成支撑膜的示意图；图6为本专利技术又一实施例中部分封闭气孔的示意图；图7为图6中部分封闭气孔形成支撑膜的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，参见图1-2，图1为本专利技术实施例微纳芯径的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元轴向剖面示意图；图2为本专利技术实施例具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元沿光纤径向剖面示意图；该具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元结构上包括光纤包层10、包覆于光纤包层10中的纤芯20，以及光纤包层10与纤芯20之间形成的空气腔30，光纤包层10的内壁上具有沿光纤径向与纤芯20连接的支撑膜40。其中，空气腔30包括主腔段31和沿光纤轴向方向分别位于该主腔段31两侧的过渡段32，光纤包层10位于过渡段32的部分包括表层10a和位于表层10a内的光子晶体层10b，且该光子晶体层的厚度10b沿光纤轴向并靠近主腔段31的方向逐渐减小；过渡段32的直径沿光纤轴向并靠近主腔段31的方向逐渐增大；纤芯20位于过渡段32的部分的直径沿光纤轴向并靠近主腔段31的方向逐渐减小，与空气腔30的过渡段32形成缓变的互补适配。光纤其纤芯直径为0.5-9微米，轴向长度为0.5-300毫米，光纤包层10的厚度为可薄至10微米，其中空气腔30的过渡段32的直径为20-150微米。而纤芯20位于主腔段31部分直径为亚微米级别，其直径粗细均匀。本专利技术的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的过渡段32和主腔段31的结构特点使光纤具有缓变的形态，可以完全适应在较大的波长范围内支持单模传播，而且由于上述结构，在光纤内可以形成较大的消逝场；并且支撑膜结构，使光纤整体稳定性高，耐用性相比现有的悬挂芯光纤大大提升，从而低损、缓变地接入单模光纤系统。本专利技术实施例进一步还提出采用现有的光子晶体光纤为原料进行上述具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的制备方法，包括如下步骤：S10、在光子晶体光纤上套设石英套管；S20、将光子晶体光纤其中一端面上的气孔进行全部封闭、经另一端面上的气孔进行部分封闭；S30、通过光子晶体光纤一端面上未封闭的气孔，对光子晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，包括光纤包层和纤芯，其特征在于，所述光纤包层与纤芯之间具有空气腔，所述空气腔包括主腔段、以及沿光纤轴向方向分别位于主腔段两侧的过渡段；其中，所述过渡段的光纤径向宽度由主腔段两端沿光纤轴向外延伸方向逐渐减小；所述光纤包层位于过渡段的部分包括外表层和位于外表层内的光子晶体层，且该光子晶体层的厚度沿靠近主腔段的光纤轴向方向逐渐减小；所述纤芯位于过渡段部分的直径沿光纤轴向并靠近主腔段的方向逐渐减小，所述纤芯位于位于主腔段部分的直径为亚微米级别；所述空气腔内设有连接光纤包层内壁与纤芯的支撑膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，包括光纤包层和纤芯，其特征在于，所述光纤包层与纤芯之间具有空气腔，所述空气腔包括主腔段、以及沿光纤轴向方向分别位于主腔段两侧的过渡段；其中，所述过渡段的光纤径向宽度由主腔段两端沿光纤轴向外延伸方向逐渐减小；所述光纤包层位于过渡段的部分包括外表层和位于外表层内的光子晶体层，且该光子晶体层的厚度沿靠近主腔段的光纤轴向方向逐渐减小；所述纤芯位于过渡段部分的直径沿光纤轴向并靠近主腔段的方向逐渐减小，所述纤芯位于位于主腔段部分的直径为亚微米级别；所述空气腔内设有连接光纤包层内壁与纤芯的支撑膜。2.如权利要求1所述的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，其特征在于，所述支撑膜沿光纤径向设置。3.如权利要求1或2所述的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元，其特征在于，所述纤芯位于空气腔内的部分的直径为0.5-9微米；和/或所述空气腔的过渡段沿光纤径向宽度为20-150微米。4.一种权利要求1至3任一项所述的具有微纳芯径的悬挂芯型在线光纤微单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在光子晶体光纤上套设石英套管；将光子晶体光纤其中一端面上的气孔进行全部封闭、另一端面上的气孔进行部分封闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳伟，汪超，
申请(专利权)人：香港理工大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44