单结构集成式微结构光纤制造技术

本发明专利技术提出一种集成式的微结构光纤，该光纤是由若干个独立的微结构光纤构成，这些独立的微结构光纤可以按一定规则排列集成，也可以是无规则排列集成，其中每一独立的微结构光纤，可由实芯与包层构成，也可以由空芯纤芯与包层构成。每个独立的微结构光纤可以具有相同的结构，也可以具有不同的结构，本发明专利技术中，包层中分布着规则的空芯孔，或不规则的空气孔，每个气孔的尺寸在０．１～２．０μｍ之间。集成式微结构光纤中，每一独立微结构光纤可单独使用，具有独立参数，也可以集成式微结构光纤，整体使用，二者具有不同的功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特种光纤领域。涉及一种单结构或集成式微结构光纤(IntegratedMicro-structure Fiber)，一种制造集成式微结构光纤的方法。集成式微结构光纤是由多根独立的微结构光纤集束而成，每一根独立的微结构光纤具有独立的性能可单独使用。独立微结构光纤的一个实例是由石英玻璃和许多空气柱组成，空气柱沿光纤长度，横向周期性或无序地排列，空气柱可是圆型或六方型，相当于一块多孔的石英玻璃纤维，在其中形成许多缺失位置或中心的气孔尺寸大于周围气孔1～7倍，中心气孔尺寸为0.1～3μm左右，形成了晶体结构中的缺陷；沿着光纤的长度方向是保持这种结构不变的。其中的缺陷就形成了导光的通道。在该光通道(光波导)中传输的光，在石英的光谱窗口上都是单横模。包层中的空气孔平行于光纤轴(中心)并延伸至光纤的全长。在本专利技术中提出的微结构光纤中，可以利用通常光纤的全内反射原理传导光(纤芯为高折射率介质)，也可以利用“光子带隙”(Photonic band gap)来传导光，利用“光子带隙”传导光时，限制导光波长在几个允许的波长范围内才能实现。光子带隙是由包层中的周期结构形成的，它使某些光波长在其中不能形成传输模式，而被局域在中心缺陷孔中间；由于中心局域孔壁的石英材料本身的反常色散波长不在可见区和近红外，所以传导光仍然在中心孔的石英壁内传输。本专利技术中提出了一种可以使传导光在中心的空气芯中传输，而只有极少部份深入到包层中的微结构光纤。该光纤的中心孔包层的空气孔大的多，这时光纤材料的反常波长范围正处于光子带隙中，利用这种微结构光纤的纤芯空气孔，可以传输大功率激光能量。当光功率超过一定数值时，微结构光纤中会产生非线性效应，利用它可以制造超连续光谱光源，某些特征波长的光纤激光器，光学放大器和光学器件。本专利技术是将上述独立的微结构光纤同样按六边型排列集束，再通过拉丝机将其拉细，达到每个独立空气孔尺寸为0.1～2μm左右，光纤中心通光处的直径为1～3倍包层空气孔的尺寸。具体图形是(1～4)。附图说明图1和图2、集成式微结构光纤该光纤由37根独立的微结构光纤组成，每根独立的微结构光纤都可单独使用。图3和图4、独立的微结构光纤的结构图本专利技术的详细说明从图1和图2中可见，其中包含有若干根独立的微结构光纤，每根微结构光纤由尺寸为0.1～1.2μm孔组成，这些孔基本为周期排布成大于三层(可以是无序分布)，中心为一个缺位的空气孔或实芯，尺寸约为1.0～3.6μm，外形为圆形或多边形。集成式微结构光纤的外径约为100～130μm左右。图3和图4是独立的微结构光纤图，单元微结构光纤是由一个中心的空气孔或实芯，在该中芯传输激光能量，这些能量以被包层的周期结构形成的散射(布拉格散射)，局域在纤芯中。能够在纤芯中传输的模式数量和波长范围，是由光子带隙和归一常数V决定的。V=2πΛλnc02-nc12]]>或V=kΛnc02-nc12]]>其中，Λ为微结构光纤中的孔间距(Λ)，入为传输波长，nc0为纤芯折射率，nc1为包层平均折射率。当考虑两个偏振态时(2V)2=k2Λ2(nc02-nc12),V2=N=k2Λ2(nc02-nc12)4,N=Λ2(βc02-βc12)4]]>这里的βc0和βc1为光子带隙的上下传播常数。当纤芯为空气时，βc0处于反常色散区，为负值，为了使空芯纤芯中传输激光能量，只有使N＞1才有导模存在，因此，要采取Λβc0的数值大于Λβc1的值，使纤芯的空气孔要大于包层中的空气孔，我们选取了3倍于包层Λ的数值。制造前述的微结构光纤是采用模板成型方法，把直径小于毫米的空芯玻璃毛细管，按照六边型结构装在模板中，包层为4层，经紧固后在拉丝机上第一次拉细到包层中空气孔尺寸为0.05mm，把经过拉制的预制棒集成到一起，经第二次拉制，制造成如图1、2所示的集成式微结构光纤。使用的模板采用光刻技术制造，可以很规则地再现所设计的包层结构排布要求。倘若制造纤芯为实芯的微结构光纤，其中心填充一个六边型的实芯棒，尺寸为三倍于包层中单元玻璃毛细管。本专利技术参考图中所描述的实例中，纤芯区可以是空气或充满某种介质，或是实芯的玻璃；包层中的空气孔可以填满某种介质。该介质与构成该微结构光纤的材料不同(主要是折射率n不同)，构成材料可以是石英玻璃，光学玻璃，有机玻璃和透明型塑料等，都属于本专利技术的内容。权利要求1.一种集成式微结构光纤，其中包括若干个独立的微结构光纤，每一个独立的微结构光纤结构基本相同，性能基本相近。2.权利要求1所述的集成式微结构光纤中，是由多根微结构光纤按有序或无序排列组成，每根独立微结构光纤的性能基本一致，可共同传光，以加强性能，可以独立传光，分散使用，可多种应用。3.权利要求1所述的独立的微结构光纤，包括一个折射率均匀的纤芯和高于包围它的介质折射率或低于包围它的介质折射率，亦可以是空气或充入某种气体、液体等。4.权利要求3所述的包围纤芯的包层是多层的由不同折射率周期排列结构或不同折射率无序排列的结构。5.权利要求4所述的周期或无序结构是由圆型或多边型气孔形成的，它在玻璃、石英玻璃、塑料或其它介质中进行排列。6.权利要求5所述的气孔总面积不少于独立微结构光纤断面的10％，最大可达到80％。7.权利要求3所述的纤芯是一种周期结构中的线缺陷，在其中可以传输一定波长的光能量或信号，还可以通过多种非线性过程产生新的光，这些光是单模传输。8.上述各种权利所要求的集成式微结构光纤可制成多种光学器件，如光谱滤波，光学放大，激光发射，光学散射和多种非线性效应。9.一种制作微结构光纤的方法，包括以下步骤(1)首先制备单元棒状物或管状物，其外型为六方型或圆型。(2)把管状物或棒状物按六角型进行排布，在中心放置一根六角型实芯棒或空芯管，中心外排布4层～10层周期结构或无序堆积。(3)如权利要求2所述的纤芯尺寸可以是缺少一根的中心缺陷，也可以是缺少七根的中心缺陷，该缺陷可以是由空气构成，也可以由实芯的介质构成。10.将权利要求9堆积的结构选出其中7个、13个或21个集成到一起。11.将权利要求10所述的堆积物拉制成细长的光纤，其中孔气的尺寸为0.1～2μm之间。12.由权利要求9到11所述的微结构光纤，如图(1～4)所示。13.由权利要求9到11所制造的微结构光纤，具有权利要求1到8的性能。14.权利要求1所述的集成式微结构光纤可以包含多根结构不同的独立的微结构光纤，每个独立的微结构光纤的结构都不相同，性能也不相同。15.权利要求14所述的集成式微结构光纤，每个独立的微结构光纤都可以独立使用，具有不同的功能，可以是多种用途同时使用一根光纤实现集成化；也可以是把这种集成式微结构光纤用于不同的目的，实现多功能。全文摘要本专利技术提出一种集成式的微结构光纤，该光纤是由若干个独立的微结构光纤构成，这些独立的微结构光纤可以按一定规则排列集成，也可以是无规则排列集成，其中每一独立的微结构光纤，可由实芯与包层构成，也可以由空芯纤芯与包层构成。每个独立的微结构光纤可以具有相同的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式微结构光纤，其中包括若干个独立的微结构光纤，每一个独立的微结构光纤结构基本相同，性能基本相近。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯兰田，周桂耀，侯峙云，
申请(专利权)人：侯兰田，周桂耀，侯峙云，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]