專利名稱：具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種光線，本發(fā)明也涉及一種光纖的制備方法。具體涉及一種不 僅具有通常的光纖芯而且在光纖的外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構光纖及其 制備方法。
背景技術：
光纖波導，其基本結構為芯層、包層和涂層的結構，且芯層折射率高于包層和涂層 的折射率。這樣便可以將光波束縛在光波長量級尺寸的芯層介質中傳輸光。光纖波導的傳 光模式可以分為三種，纖芯傳光模式、包層傳光模式和散射模式。近年來由于獨特結構的微 結構光纖的出現(xiàn)，使其具有一系列在普通光纖中難以實現(xiàn)的優(yōu)良特性，包括在極寬譜帶內 支持單模傳輸、強烈的非線性效應、在可見光和近紅外波段呈現(xiàn)反常色散、極強的雙折射效 應等，并且這些獨特的光學性質日漸引起了人們的廣泛關注。并將它應用在光纖傳感，光纖 光柵，光通信中的波長轉換，色散補償，激光器和放大器，以及PCF的超連續(xù)光譜等方面。對于微結構光纖波導的制備，其基本制作過程大致分為類似的兩個步驟制作光 纖預制棒和在光纖拉絲塔上將光纖預制棒拉出光纖。制備光纖預制棒的不同氣體沉積工藝 包括改進氣相化學沉積工藝(MCVD)，軸向氣相沉積(VAD)和外部氣相沉積(0VD)等。烽火 通信科技股份有限公司陳偉等人(微結構光纖的制造工藝研究，光通信研究，3，2005)采用 堆積法制備微結構光纖預制棒。微結構光纖堆積制備方法是由單一介質(石英或者聚合 物)和空氣孔經過有序的周期性排列而成。其它形式的微結構光纖制備(燕山大學郭巍等 人，微結構光纖的制備及其技術進展，光通信技術，1，2006)，如大模面積PCF，橢圓孔結構光 纖等。但是與傳統(tǒng)光纖制備技術相比，微結構光纖制備技術還不是很成熟，目前只有國外極 少的幾家公司能夠生產少數(shù)幾種規(guī)格的微結構光纖。盡管對于在一個預制棒上打上周期性 排列的幾十個到幾百個孔來制備預制棒的方法理論上可行，但是實際上傳統(tǒng)光纖預制棒的 制備方法不能直接使用。其制造的難點也在于微結構光纖波導的結構缺陷等(包括光纖纖 芯直徑的變形、軸向的均勻性、芯包界面缺陷，以及波導結構中存在微晶和氣泡，材料密度 的起伏)。對于環(huán)形實芯同軸波導層的光纖制備，例如美國專利(Optical Fiber, UnitedStates Patent,Patent Number6, 917，742B2，2005)給出 了一種具有光纖芯、包層同 時還具有同軸波導層的微結構光纖。該光纖的同軸波導層具有不同的幾何結構或為多個D 型、或為多個特殊半圓形、或為多邊形、或者為多個空芯區(qū)域等多種特殊幾何結構，這些同 軸波導層可以通過光纖預制芯棒的幾何形狀加工與化學氣相沉積摻入各種不同的介質材 料制成。注入該光纖的光通過纖芯與同軸波導層的相互作用實現(xiàn)光能的傳輸與光信號的增 強。該光纖可以應用于光通信器件或者光能傳遞。對于空芯環(huán)形同軸波導層的光纖制備，例如美國專利(Co-axial Hollow Coreffaveguide, United States Patent, Patent Number 5, 815, 627,1998)給出了一種具 有環(huán)形波導層的光子晶體光纖的制備方法，所制備出的光纖為空芯多層結構，分別具有一層圓環(huán)形波導層和一層反射層，該反射層沉積為不同厚度的銀、金、鋁、鋅、鎳材料作為反射 介質；或者是具有雙芯結構的兩個圓環(huán)形波導層，兩層反射層等。根據(jù)光纖的構造該光纖可 以作為傳能光纖，適用于紅外波段或者可見光的光能傳輸。類似的專利與文獻還有很多，歸 納其特點，此類光纖都屬于光子晶體光纖，全部為空芯結構。上述光子晶體光纖和微結構光纖分別為兩類同軸波導型光纖，其共同的特點是都 具有同軸波導層結構，這種同軸波導層通常是在具有一定幾何結構的光纖預制棒上沉積各 種不同厚度的銀、金、鋁、鋅、鎳介質，并經過光纖拉絲后得到所述光纖。同軸波導型的光子 晶體光纖為空芯結構，其光纖芯部區(qū)域沒有得到充分利用。同軸波導型微結構光纖由于 要加工光纖預制棒幾何結構并在各種形狀的幾何結構預制棒內沉積波導層，其工藝相當復 雜。上述兩類光纖主要應用于光纖傳能或者光通信信號的傳遞，對于其纖芯與同軸波導之 間光學傳感性能未見詳細描述。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構的具有 環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖。本發(fā)明的目的還在于提供一種基于改進氣相化學沉積 工藝(MCVD)方法的具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖由光纖芯、包層和外表面環(huán)形波 導層組成，光纖芯與外表面環(huán)形波導軸對稱構成同軸雙波導微結構光纖。本發(fā)明的具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖是采用這樣的方法制備的用同 軸階梯端冒將高純石英外套管與高純石英內套管的兩端固定，同軸階梯端冒的與內外高純 石英套管之間環(huán)形區(qū)域相對應的位置開有一系列小圓孔，同軸階梯端冒與內高純石英套管 中心區(qū)域相對應的位置開有大圓孔，然后內外高純石英套管連同兩同軸階梯端冒一起固定 在氣相沉積機上，采用MCVD制備工藝，通過氣相沉積機工作同步控制在內高純石英套管中 心區(qū)域和內外高純石英套管之間環(huán)形區(qū)域沉積阻擋層和纖芯層，當氣相沉積完成后，去掉 外高純石英套管單獨對內高純石英套管進行縮棒。本發(fā)明提出了一種基于改進氣相化學沉積工藝(MCVD)方法制備一種不僅具有通 常的光纖芯而且外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構光纖。本發(fā)明的光纖可應用于 光纖傳感技術之中。本發(fā)明的技術特點主要體現(xiàn)在1.采用了內外徑尺寸不同的兩根高純石英玻璃基管(即內套管和外套管)，內套 管置于外套管制中，用于構造光纖預制棒。內套管和外套管的尺寸可以根據(jù)所需光纖靈活 選擇，以制備不同芯包比參數(shù)的光纖。2.采用改進氣相化學沉積工藝(MCVD)方法，對內套管芯與內套管外表面同時進 行化學氣相沉積，以實現(xiàn)內套管的內壁與外壁沉積相同的阻擋層與芯層。可以根據(jù)需要靈 活的選擇沉積介質成份與阻擋層與芯層的厚度。3.在同一條件下單獨對內套管收棒制成光纖預制棒，并對光纖預制棒拉絲拉出所 述光纖?？梢员ＷC光纖預制棒制備過程的工藝穩(wěn)定性。4.制成了以光纖芯為軸的外表面具有環(huán)形波導層的同軸微結構光纖。光纖芯與環(huán)形波導層的光學性能是相同的。5這種雙波導層微結構光纖在使用時要先經過光纖拉錐，將同軸光纖芯與環(huán)形波 導層耦合在一起后使用。光學信號經過耦合區(qū)后，可均勻的分配在纖芯與同軸環(huán)形波導層 中。與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有非常顯著的有益效果(1)在光纖預制棒的制備過程中，對內套管的內壁和外壁所采用的化學氣相沉積 工藝相同(MCVD法)，所采用的收棒工藝相同，所采用的預制棒拉絲工藝相同，便于制成光 學性能完全一致的同軸環(huán)形波導層雙波導結構微結構光纖。該工藝方法簡便可靠，容易實 現(xiàn)，經濟性好。(2)這種雙波導層微結構光纖經光纖拉錐后，將光纖芯與環(huán)形波導層耦合在一起， 入射光通過光纖芯注入，經過耦合區(qū)域后可均勻的分配在纖芯與包層波導之中。當用于光 纖傳感技術之中時，可以方便的構造出光纖干涉儀的測量臂和傳感臂。


圖1是外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構光纖圖。圖2是雙層套管式氣相沉積(MCVD)預制棒制備固定裝置示意圖。圖3是圖2的左視圖。圖4是經光纖拉錐后的制成的用于光纖傳感的同軸雙波導微結構光纖示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結合圖2和圖3，光纖預制棒的制備。在同軸階梯端冒裝置1上將高純石英外套管 2與高純石英內套管3兩端固定，在內外套管之間環(huán)形區(qū)域開有一系列小圓孔4，在內套管 中心區(qū)域開有大圓孔5。雙層高純石英套管兩端除圓孔外均處于密封狀態(tài)。然后將雙層高 純套管連同兩端冒一起固定在氣相沉積機上(采用MCVD制備工藝)。通過氣相沉積機工作 同步控制內套管中心區(qū)域和內外套管之間環(huán)形區(qū)域沉積的阻擋層和芯層。當氣相沉積完成 后，去掉外套管單獨對內套管縮棒，完成同軸光纖芯和外表面具有環(huán)形波導層的雙波導結 構單模光纖預制棒的制備。結合圖1，采用本發(fā)明的方法制備的具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖的組 成包括同軸環(huán)形波導層11、光纖芯12和包層13結合圖4，本發(fā)明的具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖在光纖拉絲塔上拉出 具有通常的光纖芯而且在光纖的外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構光纖。這種雙 波導層微結構光纖經光纖拉錐后，將光纖芯與環(huán)形波導層拉在一起形成耦合區(qū)域21。使用 該光纖時將光源發(fā)出的光注入光纖端的纖芯內，入射光經過耦合區(qū)域21后，可以均勻的分 配在光纖芯與同軸環(huán)形波導層中，在出射端形成高斯光場與貝塞爾光場。當所述光纖用于 光纖傳感時，光纖芯與同軸環(huán)形波導層可以構成干涉儀的測量臂與傳感臂，在光纖出射端 光場產生干涉后構成光纖傳感干涉儀。
權利要求
一種具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖，由光纖芯、包層和外表面環(huán)形波導層組成，其特征是光纖芯與外表面環(huán)形波導軸對稱構成同軸雙波導微結構光纖。
2.一種具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖的制備方法，其特征是用同軸階梯端 冒將高純石英外套管與高純石英內套管的兩端固定，同軸階梯端冒的與內外高純石英套管 之間環(huán)形區(qū)域相對應的位置開有一系列小圓孔，同軸階梯端冒與內高純石英套管中心區(qū)域 相對應的位置開有大圓孔，然后內外高純石英套管連同兩同軸階梯端冒一起固定在氣相沉 積機上，采用MCVD制備工藝，通過氣相沉積機工作同步控制在內高純石英套管中心區(qū)域和 內外高純石英套管之間環(huán)形區(qū)域沉積阻擋層和纖芯層，當氣相沉積完成后，去掉外高純石 英套管單獨對內高純石英套管進行縮棒。
全文摘要
本發(fā)明提供的是具有環(huán)形波導層的同軸雙波導結構光纖及其制備方法。用同軸階梯端冒將高純石英外套管與高純石英內套管的兩端固定，同軸階梯端冒的與內外套管之間環(huán)形區(qū)域相對應的位置開有一系列小圓孔，同軸階梯端冒與內套管中心區(qū)域相對應的位置開有大圓孔，然后內外套管連同兩同軸階梯端冒一起固定在氣相沉積機上，采用MCVD制備工藝，通過氣相沉積機工作同步控制在內高純石英套管中心區(qū)域和內外高純石英套管之間環(huán)形區(qū)域沉積阻擋層和纖芯層，當氣相沉積完成后，去掉外套管單獨對內高純石英套管進行縮棒。本發(fā)明的光纖不僅具有通常的光纖芯而且在光纖的外表面具有環(huán)形波導層的同軸雙波導微結構。該光纖可應用于新型光纖器件或用于光纖傳感器。
文檔編號C23C16/04GK101825741SQ20101013347
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月29日 優(yōu)先權日2010年3月29日
發(fā)明者張濤, 戴強, 楊軍, 田鳳軍, 苑立波 申請人:哈爾濱工程大學