【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤包层制备，更具体地，涉及一种新型光纤包层制备方法及系统。
技术介绍
1、光纤作为光信号传输的主要载体，自20世纪80年代以来，获得飞速发展，被广泛地用于通讯、传感、激光等领域。但随着高功率光纤激光器激光功率的进一步提升，材料的非线性效应、模式不稳定效应等限制了光纤的进一步应用，于是各国学者开展对不同基质材料光纤的研究，其中晶体光纤因其高功率承载能力、低光衰减、较高的损伤阈值、较低的非线性效应、优良的导热性、多样化的结构和形态等特性而备受关注，但晶体光纤由于其材料特性，传统的光纤涂敷-固化包层制备技术无法适用，于是人们提出了诸多方法，如：(1)管棒法：将晶体光纤放入玻璃套管中，采用co2激光进行对晶体光纤与玻璃套管界面进行熔融软化，从而贴合制备包层，利用此方法晶体光纤数值孔径无法进行有效调节，且包层形状相对单一，通常仅能实现单包层制备；(2)聚合物前驱体法：将聚合物涂敷在晶体光纤表面，在经过长时间的干燥、烧结后，可得到厚度百纳米量级的外部包层，但该方法时间长、效率低，且包层厚度较薄，实用性能相对局限；(3)氢注入法：将高能氢离子注入光纤，光纤表面发生改性，从而引起折射率的变化，所制备的包层相对较厚，可达到几十微米量级，但该方法对大型离子注入设备依赖性较强，成本相对较高；(4)微结构法：将晶体光纤部分外围材料进行剥除，例如风车状包层，从而改变光纤外围的有效折射率，但该方法目前处于理论阶段，尚无光纤实物。
2、现有技术中，文献号为cn102508333b的中国专利公开了一种双包层全固态光子晶体光纤及其制备
3、文献号cn102508333b的中国专利对管棒法进行了改进，实现双层包层的制备，但无法避免晶体光纤数值孔径无法进行有效调节的问题。因此，针对上述包层制备方法存在的问题，本领域亟需提出一种解决方案，用于多种形状、多种成分、多层厚晶体光纤包层的制备，同时在满足光纤数值孔径、有效折射率等关键参数可调的情况下，兼具高效、成本低廉的特点，以解决部分特种光纤在制备包层过程中所面临的困难，实现特殊光纤包层的制备，扩展晶体光纤的应用范围。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种新型光纤包层制备方法及系统，通过激光微熔覆技术实现高精度的包层制备，在光纤表面形成均匀、致密的包层，具有优异的形状和尺寸控制能力；并且，激光微熔覆能够实现光纤与包层之间的高强度粘合，激光的热作用可以使材料迅速熔融并与光纤表面发生物理和化学交互作用，从而形成牢固的粘结接口，能提供优异的包层附着力和强度；此外，通过激光微熔覆技术与光固化纳米复合材料相结合，实现多种形状、多种成分、多层厚光纤包层的制备。
2、为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种新型光纤包层制备方法，包括如下步骤：
3、s1：检查设备运行情况，检验光固化纳米复合材料和晶体光纤使满足设计要求；
4、s2：将所述晶体光纤置于旋转夹持设备上，并以10-100rpm的速度使该晶体光纤进行圆周旋转，以0.5-10mm/min的速度向下移动；
5、s3：通过微型喷头以1-1000ul/s喷涂量沿所述晶体光纤外表面圆周喷涂所述光固化纳米复合材料；
6、s4：通过1-50w/cm2的高功率紫外灯连续辐照所述光固化纳米复合材料，使其固化附着在所述晶体光纤表面至厚度10-50μm；
7、s5：所述光固化纳米复合材料固化后，在所述旋转夹持设备带动下移动至co2激光工作区，并在功率为5-70w的co2激光的作用下，使附着在所述晶体光纤表面的所述光固化纳米复合材料中的有机物脱脂去除，形成多孔的包层材料；同时co2激光继续工作，使该多孔包层材料烧结、熔融，在所述晶体光纤圆周旋转和向下移动过程中形成均匀的熔覆包层；
8、s6：已完成包层制备的所述晶体光纤冷却后，对其性能进行验收，确保满足设计要求。
9、进一步地，所述步骤s5中，固化后的所述光固化纳米复合材料完成脱脂、烧结、熔融时间≤1μs。
10、进一步地，其特征在于，光固化纳米复合材料包括：光引发剂、分散剂、有机树脂、高折射率纳米颗粒。
11、进一步地，所述光引发剂包括：0.5-1wt％1-羟基环已基苯基甲酮或0.5-2wt％苯基双氧化膦；所述分散剂包括3-5wt％kyc-913。
12、进一步地，所述有机树脂包括：40wt％-60wt％甲基丙烯酸羟乙酯或5-10wt％三乙二醇二丙烯酸酯。
13、进一步地，所述高折射率纳米颗粒包括：二氧化硅纳米粉末或yag晶体颗粒。
14、进一步地，所述步骤s3中所述微型喷头和所述步骤s4中所述紫外灯同时启动。
15、进一步地，在一次包层制备过程中，所述晶体光纤圆周旋转方向保持左旋或右旋不变。
16、本专利技术的另一方面提供一种实现所述新型光纤包层制备方法的系统，包括：紫外灯、微型喷头、co2激光器以及旋转夹持设备，其中，所述紫外灯、所述微型喷头、所述co2激光器分别位于所述旋转夹持设备下端两侧，且所述co2激光器位于所述紫外灯和所述微型喷头下端。
17、进一步地，多套所述系统通过降低光纤包层温度的冷却部件隔开。
18、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
19、1.本专利技术的制备方法，通过激光微熔覆技术实现高精度的包层制备，在光纤表面形成均匀、致密的包层，具有优异的形状和尺寸控制能力；并且，激光微熔覆能够实现光纤与包层之间的高强度粘合，激光的热作用可以使材料迅速熔融并与光纤表面发生物理和化学交互作用，从而形成牢固的粘结接口，能提供优异的包层附着力和强度。
20、2.本专利技术的制备方法，通过激光微熔覆技术与光固化纳米复合材料相结合，实现多种形状、多种成分、多层厚光纤包层的制备。
21、3.本专利技术的制备方法，通过调整相关参数，激光微熔覆技术可以适用于多种材料的包层制备，以满足特殊光纤包层的制备。
22、4.本专利技术的制备方法，包层成型的固化、微熔覆过程采用的是一种非接触的加工技术，相比传统的包层制备方法，其具有快速的加工速度，可以提高生产效率和制备速度。
23、5.本专利技术的制备方法，通过调整相关参数，实现制备过程中可灵活控制光纤纤心数值孔径，使制备的包层光纤具备适应不同应用需求、便于光纤制备和工艺控制的优点。
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1.一种新型光纤包层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，固化后的所述光固化纳米复合材料(5)完成脱脂、烧结、熔融时间≤1μs。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光固化纳米复合材料(5)包括：光引发剂、分散剂、有机树脂、高折射率纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂包括：0.5-1wt％1-羟基环已基苯基甲酮或0.5-2wt％苯基双氧化膦；所述分散剂包括3-5wt％KYC-913。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机树脂包括：40wt％-60wt％甲基丙烯酸羟乙酯或5-10wt％三乙二醇二丙烯酸酯。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高折射率纳米颗粒包括：二氧化硅纳米粉末或YAG晶体颗粒。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述微型喷头(2)和步骤S4中所述紫外灯(1)同时启动。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的制
9.一种实现如权利要求1-8中任一项所述新型光纤包层制备方法的系统，其特征在于，包括：紫外灯(1)、微型喷头(2)、CO2激光器(3)以及旋转夹持设备(4)，其中，所述紫外灯(1)、所述微型喷头(2)、所述CO2激光器(3)分别位于所述旋转夹持设备(4)下端两侧，且所述CO2激光器(3)位于所述紫外灯(1)和所述微型喷头(2)下端。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，多套所述系统通过降低光纤包层温度的冷却部件(7)隔开。
...【技术特征摘要】
1.一种新型光纤包层制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，固化后的所述光固化纳米复合材料(5)完成脱脂、烧结、熔融时间≤1μs。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光固化纳米复合材料(5)包括：光引发剂、分散剂、有机树脂、高折射率纳米颗粒。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂包括：0.5-1wt％1-羟基环已基苯基甲酮或0.5-2wt％苯基双氧化膦；所述分散剂包括3-5wt％kyc-913。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机树脂包括：40wt％-60wt％甲基丙烯酸羟乙酯或5-10wt％三乙二醇二丙烯酸酯。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述高折射率纳米颗粒包括：二氧...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑保罗，胡金萌，雷敏，刘厚康，武春风，李强，胡黎明，周志谋，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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