一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法技术

一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法，属于特种光纤制备领域。该银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤，采用阶梯型堆积捆绑方法排布预制棒，将银丝填充进微结构光纤内部。拉制光纤时通过气压控制有效抑制光纤内部气孔塌缩，通过外加限位玻璃外套管，并配合气压控制和二次拉制工艺参数的结合使光纤的外径尺寸、银丝尺寸和纤芯尺寸同时达到预期要求。该方法制备的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤可以在纤芯相邻位置上出现两个类似熊猫型的大气孔，大气孔将纤芯挤压成椭圆形，由于银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤内部气孔有金属材料可以自发产生表面等离子共振效应，可应用于光学滤波器中。

【技术实现步骤摘要】
一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法
本专利技术属于特种光纤制备领域，具体涉及一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法。
技术介绍
随着制备工艺的进步，微结构光纤不断被制作成小型化和集成化的光学器件，并广泛应用于光学的各个领域，如光学通信、波分复用器、耦合器、光学滤波、超快非线性光学、光学传感、超连续光源和光学偏振分束等。在金属填充或金属镀膜的微结构光纤中，当光波(电磁波)入射到金属和电介质界面时，金属表面出现自由电子集体振荡，产生表面等离子体激元模式。如果振荡频率和入射波频率一致，则会发生表面等离子共振。换句话说，当纤芯模式和表面等离子体激元模式满足相位匹配条件时，表面等离子体共振现象发生。科研人员在理论方面对金属填充微结构光纤的研究已经获得了许多成果，2012年Y.Du等人提出了一种带金属线的偏振滤波器，将金纳米线选择性填充进微结构光纤气孔后可以提高滤波器性能，在通信波长1290nm和1550nm处产生了表面等离子共振效应，产生的共振损耗分别为40dB/cm和60dB/cm。2014年G.An等人报道了一种带有金填充气孔微结构光纤。在通信波长1550nm处，y偏振方向上的限制损耗为407dB/cm。2015年A.M.Heikal等人报道了一种具有选择性填充金属功能的椭圆芯微结构光纤偏振滤波器。填加单金属棒后，在波长1.013μm处，x和y两种偏振方向上的损耗分别为77.04dB/mm和2.765dB/mm。2017年ShiM等人提出了一种选择性镀金薄膜的微结构光纤偏振滤波器。当金薄膜厚度为50nm时，在通信波长1.55μm处y偏振方向的共振强度为433.65dB/cm，x偏振方向的共振强度为2.64dB/cm。2019年ChangM等人提出了一种基于表面等离子体共振的高双折射镀金微结构光纤偏振滤光器。在通信波长1550nm处，y偏振方向上的限制损耗为442dB/cm，而相应x偏振方向上的损耗仅为0.0316dB/cm。科研人员虽然投入了大量精力对微结构光纤进行研究，但相对于理论方面，制备技术仍然相对滞后，尤其是填充金属的微结构光纤，在工业中将金属材料填充进微结构光纤气孔中仍然并不容易，微结构光纤的内部气孔大小，在微米数量级，将金属的直径做到微米的数量级很困难，将这么细的金属填充进光纤内部气孔中就更困难，而且很容易将金属丝弄断。若将金属融化成液体，在通过气压将金属液体推压进光纤气孔中，可以实现填金属微结构光纤的制备，但这需要一个很精密加热加压融化金属的装置，而这种装置一般实验室是不具备的。有些科研人员采用化学方法制备填充金属的微结构光纤，先通过气压将液体填充进光纤微结构气孔中，之后通过化学反应将金属沉积在光纤内部气孔的表面，通过该方法产生的金属极其不均匀，效果不好。本专利技术从微结构光纤制备角度进行探索，公开了一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有制备填金属微结构光纤技术的不足，提出了一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法。该方法制作简单，在排布预制棒时将银丝填充进微结构光纤内部。拉制光纤时通过气压控制有效抑制光纤内部气孔塌缩，通过外加限位玻璃外套管，并配合气压控制和二次拉制工艺参数的结合使光纤的外径尺寸、银丝尺寸和纤芯尺寸同时达到预期要求。该方法制备的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤可以在纤芯相邻位置上出现两个类似熊猫型的大气孔，大气孔将纤芯挤压成椭圆形，由于银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤内部气孔有金属材料可以自发产生表面等离子共振效应，可应用于光学滤波器中。本专利技术采用的技术方案为：一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，包括以下步骤：步骤1：填充将银丝填充入一端封闭的毛细管中，得到填充银丝毛细管；步骤2：堆积捆绑根据设计的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的尺寸和结构，采用阶梯型堆积捆绑法，将毛细棒、填充银丝毛细管和不同内径的毛细管，堆积捆绑成预制棒，将预制棒熔接尾柄，然后烘干，去除预制棒中水蒸气；其中，预制棒整体结构为六边形，中心位置为实心毛细棒，作为纤芯，在第一层包层中，镜像对称的两个毛细管为内径较大的毛细管，其他位置为内径较小的毛细管；在第二层包层中，采用内径较小的毛细管，以内径较大毛细管中心的连线作为水平方向，与其垂直并过纤芯中心的垂直线上，设置一个填充银丝毛细管；第三层包层中，采用内径较小的毛细管，并且第二层包层比第一层包层短1-2cm，第三层包层比第二层包层短1-2cm，……依次类推，直至整个纤芯和包层完成，得到六边形结构，将六边形结构装入内径相配合的玻璃套管中，六边形结构和玻璃套管之间的空间采用细实心毛细棒填充，得到预制棒；其中，内径较大的毛细管的外径和内径较小的毛细管外径相同，内径较大的毛细管的内径比内径较小的毛细管的内径大0.1-1.2mm；步骤3：拉制将去除水蒸气的预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；将细预制棒置于限位玻璃外套管内，进行第二道拉制，在第二道拉制过程中，通过光学显微镜观测光学端面，当光纤端面气孔全部出现后，接通调控细预制棒内气压的氩气气管，进行气压调控，并实时观测光学端面的情况，调整送棒速度为1-5mm/min，牵引速度为0.5-10m/min，高温炉温度为1760-1810℃，气压阈值为1-13kPa，将内径较大的毛细管形成大气孔，将纤芯挤压成椭圆形，得到银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤。所述的步骤2中，所述的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤，其采用的毛细管和毛细棒均通过玻璃管和玻璃棒拉丝制得，其中，玻璃管和玻璃棒装载在拉丝塔上，玻璃棒和玻璃管最低端位置要低于高温炉中心位置，起初高温炉温度设置为2000-2050℃，待料头掉下后将炉温调整为1900-1950℃。所述的步骤3中，预制棒在拉制前，将预制棒中，填充银丝毛细管开口端熔接一根玻璃管作为尾柄，然后置于100-200℃的温控箱中，去除预制棒中水蒸气。所述的步骤3中，第一道拉制时，高温炉的初始温度设置为1930-1950℃，料头掉下后将高温炉温度调整为1800-1810℃；通过调整牵引速度、送棒速度和高温炉温度，将外径为20mm的粗预制棒拉制成外径为3.0-5.5mm的细预制棒。所述的步骤3中，第二道拉制时，外径为3.0-5.5mm的细预制棒装入内径为比细预制棒的外径+(0.05-0.1)mm、外径为12mm的限位玻璃外套管中，得到新预制棒；装载新预制棒时，用拉丝塔上的三角抓夹紧新预制棒的限位玻璃外套管；第二道拉制时，高温炉的起始温度设置为1930-1950℃，料头掉下后将高温炉温度调整为1790-1810℃。所述的步骤3中，气压调控采用将细预制棒和氩气气管相连通，在氩气气管上设置有气体保压装置，实现对细预制棒内气压的调控，细预制棒和氩气气管的通过连接头连通，连接头优选为带有金属弹簧片的连接头，该维持细预制棒内气压大小恒定的方法能够防止微结构光纤中气孔塌缩。所述的气体保压装置包括通信控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：填充/n将银丝填充入一端封闭的毛细管中，得到填充银丝毛细管；/n步骤2：堆积捆绑/n根据设计的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的尺寸和结构，采用阶梯型堆积捆绑法，将毛细棒、填充银丝毛细管和不同内径的毛细管，堆积捆绑成预制棒，将预制棒熔接尾柄，然后烘干，去除预制棒中水蒸气；/n其中，预制棒整体结构为六边形，中心位置为实心毛细棒，作为纤芯，在第一层包层中，镜像对称的两个毛细管为内径较大的毛细管，其他位置为内径较小的毛细管；在第二层包层中，采用内径较小的毛细管，以内径较大毛细管中心的连线作为水平方向，与其垂直并过纤芯中心的垂直线上，设置一个填充银丝毛细管；第三层包层中，采用内径较小的毛细管，并且第二层包层比第一层包层短1-2cm，第三层包层比第二层包层短1-2cm，……依次类推，直至整个纤芯和包层完成，得到六边形结构，将六边形结构装入内径相配合的玻璃套管中，六边形结构和玻璃套管之间的空间采用细实心毛细棒填充，得到预制棒；其中，内径较大的毛细管的外径和内径较小的毛细管外径相同，内径较大的毛细管的内径比内径较小的毛细管的内径大0.1-1.2mm；/n步骤3：拉制/n将去除水蒸气的预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；/n将细预制棒置于限位玻璃外套管内，进行第二道拉制，在第二道拉制过程中，通过光学显微镜观测光学端面，当光纤端面气孔全部出现后，接通调控细预制棒内气压的氩气气管，进行气压调控，并实时观测光学端面的情况，调整送棒速度为1-5mm/min，牵引速度为0.5-10m/min，高温炉温度为1760-1810℃，气压阈值为1-13kPa，将内径较大的毛细管形成大气孔，将纤芯挤压成椭圆形，得到银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤。/n...

【技术特征摘要】
1.一种银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：填充
将银丝填充入一端封闭的毛细管中，得到填充银丝毛细管；
步骤2：堆积捆绑
根据设计的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的尺寸和结构，采用阶梯型堆积捆绑法，将毛细棒、填充银丝毛细管和不同内径的毛细管，堆积捆绑成预制棒，将预制棒熔接尾柄，然后烘干，去除预制棒中水蒸气；
其中，预制棒整体结构为六边形，中心位置为实心毛细棒，作为纤芯，在第一层包层中，镜像对称的两个毛细管为内径较大的毛细管，其他位置为内径较小的毛细管；在第二层包层中，采用内径较小的毛细管，以内径较大毛细管中心的连线作为水平方向，与其垂直并过纤芯中心的垂直线上，设置一个填充银丝毛细管；第三层包层中，采用内径较小的毛细管，并且第二层包层比第一层包层短1-2cm，第三层包层比第二层包层短1-2cm，……依次类推，直至整个纤芯和包层完成，得到六边形结构，将六边形结构装入内径相配合的玻璃套管中，六边形结构和玻璃套管之间的空间采用细实心毛细棒填充，得到预制棒；其中，内径较大的毛细管的外径和内径较小的毛细管外径相同，内径较大的毛细管的内径比内径较小的毛细管的内径大0.1-1.2mm；
步骤3：拉制
将去除水蒸气的预制棒进行第一道拉制，得到细预制棒；
将细预制棒置于限位玻璃外套管内，进行第二道拉制，在第二道拉制过程中，通过光学显微镜观测光学端面，当光纤端面气孔全部出现后，接通调控细预制棒内气压的氩气气管，进行气压调控，并实时观测光学端面的情况，调整送棒速度为1-5mm/min，牵引速度为0.5-10m/min，高温炉温度为1760-1810℃，气压阈值为1-13kPa，将内径较大的毛细管形成大气孔，将纤芯挤压成椭圆形，得到银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤。


2.根据权利要求1所述的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤，其采用的毛细管和毛细棒均通过玻璃管和玻璃棒拉丝制得，其中，玻璃管和玻璃棒装载在拉丝塔上，玻璃棒和玻璃管最低端位置要低于高温炉中心位置，起初高温炉温度设置为2000-2050℃，待料头掉下后将炉温调整为1900-1950℃。


3.根据权利要求1所述的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，预制棒在拉制前，将预制棒中，填充银丝毛细管开口端熔接一根玻璃管作为尾柄，然后置于100-200℃温控箱中，去除预制棒中水蒸气。


4.根据权利要求1所述的银丝填充椭圆形芯的熊猫型微结构光纤的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，第一道拉制时，高温炉的初始温度设置为1930-1950℃，料头掉下后将高温炉温度调整为1800-1810℃；通过调整牵引速度、送棒速度和高温炉温度，将外径为20mm的粗预制棒拉制成外径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曙光，娄俊波，程同蕾，张帆，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21