專利名稱：一種光子帶隙光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光子帶隙光纖，屬于玻璃光纖制造技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及以碲基玻璃材料為基質(zhì)的光子帶隙光纖。
背景技術(shù)：
3 5 iim中波紅外波段是空氣中相對透明的極重要的大氣窗口，包括了許多重要的分子特征譜線，因此在軍事和民用方面都有重要的應(yīng)用。在軍事領(lǐng)域應(yīng)用如激光制導(dǎo)、激光定向紅外干擾、激光通訊、紅外遙感、紅外熱像儀、紅外測距、激光瞄準；在民用領(lǐng)域如地球遙感探測、環(huán)境中CO、HBr, CH4等有毒痕量氣體探測、生物和醫(yī)療等方面都有著相當廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有的在3 5 U m波段范圍透明的玻璃材料主要有重金屬氧化物玻璃、鹵化物玻璃、硫系玻璃等。鹵化物玻璃和硫系玻璃紅外透過范圍較寬，但是鹵化物玻璃較差的耐水性以及容易析晶等特性使其制備相當困難；硫系玻璃較弱的鍵強使其機械性能較差，同時為了避免碳、氫、氧等雜質(zhì)的吸收，需要采取復(fù)雜的提純措施，使得其制備工藝非常復(fù)雜。重金屬氧化物玻璃中，鍺酸鹽玻璃在光學(xué)質(zhì)量和機械強度方面占有明顯的優(yōu)勢，但是其光纖的透過范圍僅達到3微米，在3 5 y m波段具有較大的局限性；鉍酸鹽玻璃易分相或析晶的問題一直沒有得到很好的解決。相比之下，碲基玻璃具有氧化物玻璃中最長的透過范圍(達到6. 5 ii m)，同時兼有比鹵化物玻璃穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，因此是3 5 U m波段比較理想的基質(zhì)材料。傳統(tǒng)的締基玻璃光纖制備方法主要有管棒法和吸注法。其中，管棒法由于米用機械加工，引入雜質(zhì)使光纖的損耗大大增加，吸注法盡管可以避免芯包界面缺陷，但是由于纖芯粗細不均，無法制備較長的同芯徑光纖。此外，由于碲基玻璃雜質(zhì)吸收以及較低的熱擴散系數(shù)，使得傳統(tǒng)的碲基單?；蛘叨嗄９饫w損耗大，傳輸功率低，很難滿足實際的應(yīng)用需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是提供一種新型的光子帶隙光纖。該光子帶隙光纖全部采用碲基玻璃材料，新型的光纖端面結(jié)構(gòu)設(shè)計方式使激光在空氣芯中傳輸，不僅解決了現(xiàn)有碲基玻璃光纖高損耗、低傳輸功率的缺點，同時通過精確控制玻璃管內(nèi)外徑，實現(xiàn)單模傳輸，具有易操作，精確度高，工藝簡單等優(yōu)點。為達到上述目的，本發(fā)明的創(chuàng)新之處及其技術(shù)方案在于以下幾點I、一種光子帶隙光纖，其特征在于該光纖材料米用締基玻璃制備而成；2、所述的光子帶隙光纖，其特征在于外包層玻璃套管采用如下方式形成(I)傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用；(2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻；
(5)迅速取出石英管水平放入旋轉(zhuǎn)裝置中，以3000 6000轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)I 3分鐘；(6)取出石英管，以低于碲基玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10 20°C保溫I 3小時，然后以I :TC /分鐘的降溫速度退火至室溫；(7)敲碎石英管，即可制得包層套管。3、所述的光子帶隙光纖，其特征在于內(nèi)包層細玻璃毛細管是對權(quán)利要求2中玻璃套管通過光纖拉絲機拉制而成；4、所述的光子帶隙光纖，其特征在于玻璃細棒通過如下方式制作而成(I)傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用；(2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻；(5)取出石英管，以低于碲基玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 10 20°C保溫I 3小時，然后以I :TC /分鐘的降溫速度退火至室溫；(6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒；(7)通過拉絲機拉制玻璃棒，即可制成所需碲基細玻璃棒；5、所述的光子帶隙光纖，其特征在于光纖預(yù)制棒的內(nèi)包層結(jié)構(gòu)可以根據(jù)設(shè)計采取多種方式組合而成，如三角形、正方形、六邊形等；6、所述的光子帶隙光纖，其特征在于碲基玻璃材料可采用碲酸鹽氧化物玻璃和氧鹵碲酸鹽玻璃。


圖I為碲基玻璃光子帶隙光纖預(yù)制棒端面結(jié)構(gòu)示意簡圖。其中I為空氣芯；2為內(nèi)包層小孔；3為外包層套管；4為內(nèi)包層套管；5為填充內(nèi)外包層空隙的玻璃細棒。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不局限于下面的實施例。實施例I一種摩爾組成為70Te02-25W03-5La203碲基玻璃材料，其光子帶隙光纖的制備包括如下步驟I、預(yù)制棒的材料設(shè)計如下內(nèi)/外直徑(mm)數(shù)量(支)長度(mm)
10/6.515I100
胃 0.93/0.6630150
0.93/0.661410
0.1612150
0.41512150
0.1812150
棒 0.1512150
0.34512150
0.5046150
0.145301502、玻璃管的制備方法(I)按配方精確稱料，采用傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用；(2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻；(5)迅速取出石英管水平放入旋轉(zhuǎn)裝置中，以3000轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)I 3分鐘；(6)取出石英管，在350°C保溫2小時，然后以3°C /分鐘的降溫速度退火至室溫；(7)敲碎石英管，即可制得外包層套管。3、重新制備外包層套管，然后通過拉絲機拉制成所需直徑的玻璃毛細管；4、玻璃細棒通過如下方式制作而成(I)傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用；(2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻；(5)取出石英管，350°C保溫2小時，然后以3°C /分鐘的降溫速度退火至室溫；(6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒；(7)通過拉絲機拉制玻璃棒，根據(jù)設(shè)計直徑要求，制成所需碲基細玻璃棒；5、采用傳統(tǒng)的堆積法按照圖I中的設(shè)計方案構(gòu)造成光纖預(yù)制棒，然后采用拉絲機拉制成光子帶隙光纖，拉絲過程中，對預(yù)制棒內(nèi)通入氮氣保持弱正壓，避免毛細孔堵塞。實施例2一種摩爾組成為50Te02-45BiCl3_5ZnCl2碲基玻璃材料，其光子帶隙光纖的制備包括如下步驟I、光纖預(yù)制棒端面結(jié)構(gòu)設(shè)計同實施例I ;2、包層套管的制作步驟如下
(I)按配方精確稱料，采用傳統(tǒng)方法用鉬金坩堝加蓋熔制氧鹵碲基玻璃，冷卻破碎后備用;(2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管；(3)抽出石英管內(nèi)空氣，使石英管內(nèi)壓力低于10-2大氣壓；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻；(5)迅速取出石英管水平放入旋轉(zhuǎn)裝置中，以6000轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)2分鐘；(6)取出石英管，在280°C保溫2小時，然后以2V /分鐘的降溫速度退火至室溫；(7)敲碎石英管，即可制得外包層套管。3、玻璃細棒的制備、預(yù)制棒的構(gòu)建及光纖的拉制過程與實施例I相似。采用上述二種實施例制得的玻璃管內(nèi)外壁光滑并無雜質(zhì)、套管內(nèi)無氣泡條紋、套管內(nèi)外徑與設(shè)計尺寸相符；拉制出的光纖損耗低、傳輸功率高，通過預(yù)制棒端面結(jié)構(gòu)設(shè)計，可到達3 5微米單模傳輸要求。
權(quán)利要求
1.一種光子帶隙光纖，其特征在于該光纖材料米用締基玻璃制備而成；
2.按照權(quán)利要求I所述的光子帶隙光纖，其特征在于外包層玻璃套管采用如下方式形成 (1)傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用； (2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃； (4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻； (5)迅速取出石英管水平放入旋轉(zhuǎn)裝置中，以3000 6000轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)I 3分鐘； (6)取出石英管，以低于碲基玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)10 20°C保溫I 3小時，然后以I 3°C /分鐘的降溫速度退火至室溫； (7)敲碎石英管，即可制得包層套管。
3.按照權(quán)利要求I所述的光子帶隙光纖，其特征在于內(nèi)包層細玻璃毛細管是對權(quán)利要求2中玻璃套管通過光纖拉絲機拉制而成；
4.按照權(quán)利要求I所述的光子帶隙光纖，其特征在于玻璃細棒通過如下方式制作而成 (1)傳統(tǒng)方法熔制碲基玻璃，冷卻破碎后備用； (2)稱量碲基玻璃并裝入清潔后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃； (4)緩慢加熱石英管使玻璃熔化至液態(tài)并搖擺石英管使玻璃均勻； (5)取出石英管，以低于碲基玻璃轉(zhuǎn)變溫度(Tg)10 20°C保溫I 3小時，然后以I 3°C /分鐘的降溫速度退火至室溫； (6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒； (7)通過拉絲機拉制玻璃棒，即可制成所需碲基細玻璃棒。
全文摘要
一種光子帶隙光纖。該光子帶隙光纖包括光纖材料為碲基玻璃；纖芯為空氣芯；內(nèi)包層為多層堆疊的均勻性周期排列的圓柱形玻璃管；外包層為大的玻璃套管；內(nèi)包層玻璃管與外包層套管之間的空隙通過實心細玻璃棒填充。通過調(diào)整中心孔直徑、小孔直徑、壁厚和堆疊層數(shù)，可獲得低損耗、單模、高功率中波紅外激光傳輸功能。
文檔編號C03B19/00GK102981212SQ201110261859
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者汪國年 申請人:蘇州佳因特光電科技有限公司