【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型功能光纤材料，具体涉及一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤、制备及应用。
技术介绍
1、电光材料(electro-optic materials)是在外加电场作用下材料的折射率可以发生变化的一类材料，依据与调制电场的关系可分为线性电光材料(pockels电光材料)、平方电光材料(kerr电光材料)等。利用电光材料的电光效应可实现对光波的调制，外加电场通过电光效应改变材料的折射率，引起折射率椭球的主轴取向和长度的改变，这对应于传输光束的特征模和特征值的改变，即产生透过光束的偏振态和相位的变化，由此可产生一系列光功能效应。光传播和强度的精确控制对于激光器、光放大器、调制器等众多光子器件至关重要，是广泛的光子学应用的核心。
2、具有极高压电性的弛豫-钛酸铅pmn-pt晶体被认为具有高电光(eo)系数，然而由于光散射和畴壁对光的反射，晶体的光学透明度严重降低，限制了电光应用。近年来，pmn-pt单晶经过交流极化后具有高透明度和优异的电光调制性能和非线性光学性能，在增透膜涂层晶体中实现了99.6％的透射率，具有900pm/v的超高eo系数，比传统使用的铌酸锂(ln)晶体高30倍。pmn-pt透明铁电单晶将高性能压电晶体列入了光学器件行列，打开了新型声-光-电器件设计的大门(qiu c,wang b,zhang n,et al.transparent ferroelectriccrystals with ultrahighpiezoelectricity[j].nature,2020,577(7790):350
3、至今，还未有报道pmn-pt相关晶体与玻璃复合的光纤材料报道。2013年，wang等人公开了玻璃包层的linbo3铁电单晶光纤(wang j s,tseng y h.ito electrode-embeddeddouble-cladding single-crystal linbo3 optical fiber[j].optics letters,2013,38:452-454)，用co2激光加热基座的生长技术，制备出具有石英玻璃包层的单晶linbo3光纤，光纤传输损耗低至1db/cm；然而，激光加热基座生长技术制备铁电单晶的工艺难度极大，其光纤长度又较短，仅为厘米级，难以实现高品质、长尺寸、大批量的铁电光纤制备。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤、制备及应用，充分结合铁电单晶功能和玻璃包层材料高透光、易拉丝性能的优势，采用纤芯-包层于高温下反应改进的玻璃光纤拉丝技术制备出铁电复合光纤，实现高品质、长尺寸、大批量的铁电光纤制备。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤，复合光纤包层材料为硅酸盐玻璃，纤芯材料为(1-x)pb(mg1/3nb2/3)o3-xpbtio3(pmn-pt，0.2≤x≤0.4)化合物晶体。
4、一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤的制备方法，包括以下步骤：
5、1)玻璃管的清洗：采用石英或硅酸盐玻璃管，内孔孔径为1.5mm-3mm，可拉丝长度大于5cm；使用体积浓度小于等于5vol.％的稀盐酸和无水乙醇，于超声清洗机中对加工后的玻璃管进行清洗；
6、2)光纤预制棒的组装：用氢氧焰配合硅酸盐细棒封好玻璃管中心孔的一端，将设定配比的pmn-pt晶体细棒填充到玻璃管的中心孔中，再用氢氧焰配合硅酸盐细棒封好玻璃管中心孔的另一端，形成光纤预制棒；
7、3)光纤拉丝：将组装好的光纤预制棒放在石墨炉拉丝塔内拉丝，拉丝过程通氩气保护，拉丝温度1500℃-2050℃，通过纤芯和包层的反应熔芯而获得连续的玻璃包层/pmn-pt纤芯复合光纤，光纤直径通过玻璃管给料速度和光纤牵引轮速度的参数进行调节。
8、所述的步骤3)光纤预制棒孔中的pmn-pt化合物晶体，在高温光纤反应熔芯拉制时，熔点为1300℃至1400℃，熔融反应和冷却后构成铁电微晶玻璃光纤的纤芯。
9、一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤的应用，适用于非线性光学和电光调制器等各类器件中全光纤波导的单模传输；也能够用于后续光纤器件制备。
10、和现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
11、(1)本专利技术将硅酸盐玻璃和pmn-pt单晶的优势结合，通过热拉丝法高效制备高品质复合光纤材料，光纤纤芯连续长度达米级以上且易量产；材料的选择能满足此复合光纤的制备要求，作为光纤包层的硅酸盐玻璃，玻璃软化温度在1200℃以上。作为光纤纤芯的pmn-pt单晶，熔点为1300℃至1400℃。在高温拉制光纤时，pmn-pt单晶熔化，高温拉丝熔融反应和快速降温后纤芯衍生成pmn-pt/sio2玻璃光纤。
12、(2)本专利技术复合材料铁电光纤，借助光纤的快速拉丝，得到直径为125μm左右的标准光纤，芯径为微米级；包层材料主要为硅酸盐玻璃，其可见光至2μm波段的透光率高达99％，纤芯中部为pmn-pt微纳米珊瑚状微晶和大于30vol.％非晶态sio2的混合相，微晶逐步反应和扩散至包层玻璃；并且玻璃光纤包层可为纤芯pmn-pt微晶提供了良好的柔韧性和热力学稳定性。
13、(3)本专利技术铁电光纤的数值孔径约为0.3，在1.0-1.5μm的光谱波段具有低的损耗，小于1db/cm，非线性可达石英光纤的上百倍，可以同标准石英光纤熔接，适用于非线性光学和电光调制器等各类器件中全光纤波导的单模传输。
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1.一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤，其特征在于：复合光纤包层材料为硅酸盐玻璃，纤芯材料为(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3的PMN-PT化合物晶体，0.2≤x≤0.4。
2.一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)光纤预制棒孔中的PMN-PT化合物晶体，在高温光纤反应熔芯拉制时，熔点为1300℃至1400℃，熔融反应和冷却后构成铁电微晶玻璃光纤的纤芯。
4.一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤，其特征在于：复合光纤包层材料为硅酸盐玻璃，纤芯材料为0.72Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.28PbTiO3的化合物晶体。
5.权利要求4所述的一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)光纤预制棒孔中的PMN-PT化合物晶体，在高温光纤反应熔芯拉制时，熔点为1350℃，熔融反应和冷却后构成铁电微晶玻璃光纤的纤
7.权利要求4-6任一项所述的一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤，其特征在于，采用IFA100光纤折射率测试仪，横向干涉法测试光纤折射率分布，石英包层在633nm波段的折射率为1.46，PMN-PT微晶纤芯中心的折射率最高，为1.52，其他为渐变式折射率；采用截断法测试光纤传输损耗，在1.0μm和1.5μm的波长的损耗均小于1dB/cm，均适用于非线性光学和电光调制器等各类器件中全光纤波导的单模传输。
8.权利要求1-7任一项所述的一种PMN-PT铁电单晶衍生复合光纤的应用，其特征在于：适用于非线性光学和电光调制器的各类器件中全光纤波导的单模传输；也能够用于后续光纤器件制备。
...【技术特征摘要】
1.一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤，其特征在于：复合光纤包层材料为硅酸盐玻璃，纤芯材料为(1-x)pb(mg1/3nb2/3)o3-xpbtio3的pmn-pt化合物晶体，0.2≤x≤0.4。
2.一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤3)光纤预制棒孔中的pmn-pt化合物晶体，在高温光纤反应熔芯拉制时，熔点为1300℃至1400℃，熔融反应和冷却后构成铁电微晶玻璃光纤的纤芯。
4.一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤，其特征在于：复合光纤包层材料为硅酸盐玻璃，纤芯材料为0.72pb(mg1/3nb2/3)o3-0.28pbtio3的化合物晶体。
5.权利要求4所述的一种pmn-pt铁电单晶衍生复合光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【专利技术属性】
技术研发人员：徐卓，孙敏，路旭，袁刚，栾鹏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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