一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤及制作方法技术

一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤，光纤横截面由内到外依次为纤芯区和包层区，在包层区内设置包层空气孔，若干个包层空气孔以纤芯区的轴心为中心，环绕于纤芯区外围，沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；在包层区内，包层空气孔至少有一圈；光子晶体光纤两端的包层空气孔的包层基底壁宽度是可变的，相邻包层空气孔之间的包层基底宽度Δ值大的一端，其纤芯数值孔径NA相对小；相邻包层空气孔之间的包层基底宽度Δ值小的一端，其纤芯数值孔径NA相对大。在本发明专利技术的光子晶体传能光纤拉制过程中，通过改变对空气包层施加压力的大小，改变包层空气孔的大小，从而改变光纤纤芯的数值孔径，最终形成数值孔径可变的光子晶体传能光纤。形成数值孔径可变的光子晶体传能光纤。形成数值孔径可变的光子晶体传能光纤。

【技术实现步骤摘要】
一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤及制作方法


[0001]本专利技术属于光子晶体光纤领域，特别涉及一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤及制作方法。

技术介绍

[0002]近年来，传能光纤在激光起爆、激光加工、激光医疗等方面的应用越来越广泛。传统的传能光纤的结构为纤芯为纯石英芯，包层为掺氟包层，一般用气相沉积法实现掺氟包层的制备，但是不能实现掺非常高浓度的氟，以至于纤芯数值孔径不能超过0.3，对于传能光纤的输入端来说，接收注入光能量的接收角不够大。而且在传统的纯石英芯掺氟包层光纤中，纤芯的数值孔径是固定的，并不能变化。但是在实际应用场合中，比如激光加工等领域往往期望光纤接收端数值孔径较大，而光纤输出端数值孔径较小，以利于精准输出；同时在光纤照明等领域一般需求光纤输出端数值孔径较大，以利于扩大照明范围，而光纤输入端往往数值孔径不是很大。
[0003]光子晶体光纤概念的出现，通过使光纤的包层变为光子晶体空气孔包层，利用纯石英或掺杂石英与空气孔包层的折射率差，可形成对光纤纤芯中传输光能量的限制，实现传能光纤的功能。但是前人研制得这种光纤，光纤两端的数值孔径仍然是一致的。本专利技术通过改变包层空气孔的大小，从而改变光纤纤芯的数值孔径，最终形成了数值孔径可变的光子晶体传能光纤。

技术实现思路

[0004]为了解决传统的纯石英芯掺氟包层光纤两端纤芯的数值孔径不变的问题，本专利技术提供一种纤芯数值孔径可变光子晶体光纤及制备方法，通过改变包层空气孔的大小，从而改变光纤纤芯的数值孔径，使光子晶体光纤首尾两端纤芯数值孔径不一致，使光纤能够满足多种场合的实际应用。
[0005]本专利技术的基本原理是：在光子晶体光纤的包层区围绕纤芯排列数个包层空气孔，利用纤芯材料与空气孔包层的折射率差，可形成对光纤纤芯中传输光能量的限制，实现传能光纤的功能。在此种光子晶体传能光纤拉制过程中，通过改变对空气包层施加压力的大小，改变包层空气孔的大小，从而改变光纤纤芯的数值孔径，最终形成数值孔径可变的光子晶体传能光纤。
[0006]如图6所示，光纤包层内相邻包层空气孔之间的石英壁宽度为Δ，石英壁宽度对波长λ的归一化宽度为Δ/λ。Δ/λ与光纤的数值孔径NA的函数关系图如图7所示，由图中函数曲线关系可知：在波长λ不变的条件下，光纤包层内相邻空气孔之间的石英壁宽度Δ越小，光纤的数值孔径NA越大。通过在光纤拉制时对光纤包层空气孔施加不同的压力，从而使包层空气孔得到不同程度的膨胀，导致光纤包层内相邻空气孔之间的石英壁宽度Δ发生变化使得光纤的数值孔径NA沿长度上发生变化，得到数值孔径可变的光子晶体光纤。
[0007]本专利技术的技术解决方案如下:一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤，光纤横截
面由内到外依次为纤芯区和包层区，在所述包层区内设置包层空气孔，若干个所述包层空气孔以所述纤芯区的轴心为中心，环绕于纤芯区外围，沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；在包层区内，包层空气孔至少有一圈；包层空气孔的径向长度在1
‑
100μm之间，相邻包层空气孔之间包层基底区的宽度即为相邻包层空气孔之间的包层基底宽度，用Δ表示，在10nm
‑
10μm之间。光子晶体光纤两端横截面中相邻包层空气孔之间的包层基底壁宽度Δ值大的一端，其纤芯数值孔径NA相对小；相邻包层空气孔之间的包层基底壁宽度Δ值小的一端，其纤芯数值孔径NA相对大。
[0008]在上述技术方案中，所述纤芯区是石英、掺杂石英、软玻璃、塑料的任意一种。
[0009]在上述技术方案中，所述包层区包括石英、软玻璃、塑料的任意一种。
[0010]一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤的制作方法，采用光子晶体光纤制备常用的堆积—拉丝法，包括以下步骤：第一步，制备光纤预制棒：把拉制好的毛细管、基底材料细丝和作为纤芯的细棒堆积成光纤预制棒；第二步：把光纤预制棒拉制成光纤：拉制光纤过程中，拉丝温度控制在1800
‑
2200
˚
C之间，拉丝速度控制在1
‑
200mm/min之间，对包层空气孔施加的气压控制在0.1
‑
100kpa之间；在拉丝过程中改变对包层空气孔施加的气压，使光纤两端包层空气孔尺寸不同，引起包层空气孔之间的石英壁宽度Δ值不同，从而改变光纤纤芯的数值孔径NA，最终形成光纤两端数值孔径NA不同的光子晶体传能光纤。
[0011]本专利技术的有益效果是：在制备光子晶体光纤的过程中，在拉制过程中改变对空气包层施加的压力，从而改变包层空气孔的大小，继而改变相邻包层空气孔之间的包层基底壁宽度Δ值 ，最终达到光纤两端数值孔径不同的光子晶体光纤，为高性能传能光纤奠定了基础。
附图说明
[0012]图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术实施例1的光子晶体光纤一端截面结构示意图；图3是本专利技术实施例1的光子晶体光纤另一端截面结构示意图；图4是本专利技术实施例2的光子晶体光纤一端横截面结构示意图；图5是本专利技术实施例2的光子晶体光纤另一端横截面结构示意图；图6是光纤包层内相邻包层空气孔之间的石英壁宽度Δ的示意图；图7是Δ/λ与光纤的数值孔径NA的函数关系图。
具体实施方式
[0013]如图1所示，一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤，光纤横截面由内到外依次为纤芯区1和包层区3，在包层区3内设置包层空气孔2，若干个包层空气孔2排列成一圈，以纤芯区1的轴心为中心，环绕于纤芯区1外围，沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；包层区3内的包层空气孔2的径向长度在1
‑
100μm之间，相邻包层空气孔2之间包层基底壁的宽度为10nm
‑
10μm，在光子晶体光纤内，两端的相邻包层空气孔2间的包层基底壁宽度Δ是可变的，Δ值大的一端，其纤芯数值孔径NA相对小；Δ值小的一端，其纤芯数值孔径NA相对大。
[0014]纤芯区1为石英及掺杂石英、软玻璃、塑料的任意一种，包层区3为石英、软玻璃、塑料的任意一种，软玻璃包括硫系玻璃、亚蹄酸盐玻璃、氟化物玻璃等。
[0015]由于包层区3内有环绕在纤芯区1外围的包层空气孔2，纤芯区1和包层区3之间存在折射率差，可形成对光纤纤芯中传输光能量的限制，实现传能光纤的功能。
[0016]一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤的制作方法，采用光子晶体光纤制备常用的堆积—拉丝法，包括以下步骤：第一步，制备光纤预制棒：把拉制好的毛细管、石英丝和作为纤芯的石英棒堆积成光纤预制棒；第二步：把光纤预制棒拉制成光纤：拉制光纤过程中，拉丝温度控制在1800
‑
2200
˚
C之间，拉丝速度控制在1
‑
200mm/min之间，对包含包层空气孔2的包层区3施加的气压控制在0.1
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100kpa之间；在拉丝过程中改变对包层区3施加的气压，使光纤两端包层空气孔2的尺寸不同，引起包层空气孔之间的石英壁宽度Δ值不同，从而改变光纤纤芯的数值孔径NA，最终形成两端数值孔径NA不同的光子晶体传能光纤。
具体实施例
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤，光纤横截面由内到外依次为纤芯区（1）和包层区（3），在所述包层区（3）内设置包层空气孔（2），若干个所述包层空气孔（2）以所述纤芯区（1）的轴心为中心，环绕于纤芯区（1）外围，沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；在包层区（3）内，包层空气孔（2）至少有一圈；包层空气孔（2）的径向长度在1
‑
100μm之间，相邻包层空气孔（2）之间包层基底区的宽度即为相邻包层空气孔（2）之间的包层基底宽度，用Δ表示，在10nm
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10μm之间；光子晶体光纤两端横截面中相邻包层空气孔（2）之间的包层基底壁宽度Δ值大的一端，其纤芯数值孔径NA相对小；相邻包层空气孔（2）之间的包层基底壁宽度Δ值小的一端，其纤芯数值孔径NA相对大。2.如权利要求1所述的一种纤芯数值孔径可变的光子晶体光纤，其特征在于：所述纤芯区（1）是石英、掺杂石英、软玻璃、塑料的任意一种。3.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧嘉，徐士杰，潘蓉，衣永青，韩志辉，崔立夫，王海，杨鹏，庞璐，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十六研究所，
类型：发明
国别省市：