专利名称：一种光子带隙光纤的制作方法
技术领域：
本发明涉及光子带隙光纤，属于玻璃光纤制造技术领域。尤其涉及以碲基玻璃材料为基质的光子带隙光纤。
背景技术：
3 5 iim中波红外波段是空气中相对透明的极重要的大气窗口，包括了许多重要的分子特征谱线，因此在军事和民用方面都有重要的应用。在军事领域应用如激光制导、激光定向红外干扰、激光通讯、红外遥感、红外热像仪、红外测距、激光瞄准；在民用领域如地球遥感探测、环境中CO、HBr, CH4等有毒痕量气体探测、生物和医疗等方面都有着相当广泛的应用。现有的在3 5 U m波段范围透明的玻璃材料主要有重金属氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫系玻璃等。卤化物玻璃和硫系玻璃红外透过范围较宽，但是卤化物玻璃较差的耐水性以及容易析晶等特性使其制备相当困难；硫系玻璃较弱的键强使其机械性能较差，同时为了避免碳、氢、氧等杂质的吸收，需要采取复杂的提纯措施，使得其制备工艺非常复杂。重金属氧化物玻璃中，锗酸盐玻璃在光学质量和机械强度方面占有明显的优势，但是其光纤的透过范围仅达到3微米，在3 5 y m波段具有较大的局限性；铋酸盐玻璃易分相或析晶的问题一直没有得到很好的解决。相比之下，碲基玻璃具有氧化物玻璃中最长的透过范围(达到6. 5 ii m)，同时兼有比卤化物玻璃稳定性好的优势，因此是3 5 U m波段比较理想的基质材料。传统的締基玻璃光纤制备方法主要有管棒法和吸注法。其中，管棒法由于米用机械加工，引入杂质使光纤的损耗大大增加，吸注法尽管可以避免芯包界面缺陷，但是由于纤芯粗细不均，无法制备较长的同芯径光纤。此外，由于碲基玻璃杂质吸收以及较低的热扩散系数，使得传统的碲基单模或者多模光纤损耗大，传输功率低，很难满足实际的应用需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是提供一种新型的光子带隙光纤。该光子带隙光纤全部采用碲基玻璃材料，新型的光纤端面结构设计方式使激光在空气芯中传输，不仅解决了现有碲基玻璃光纤高损耗、低传输功率的缺点，同时通过精确控制玻璃管内外径，实现单模传输，具有易操作，精确度高，工艺简单等优点。为达到上述目的，本发明的创新之处及其技术方案在于以下几点I、一种光子带隙光纤，其特征在于该光纤材料米用締基玻璃制备而成；2、所述的光子带隙光纤，其特征在于外包层玻璃套管采用如下方式形成(I)传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用；(2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀；
(5)迅速取出石英管水平放入旋转装置中，以3000 6000转/分钟旋转I 3分钟；(6)取出石英管，以低于碲基玻璃转变温度(Tg) 10 20°C保温I 3小时，然后以I :TC /分钟的降温速度退火至室温；(7)敲碎石英管，即可制得包层套管。3、所述的光子带隙光纤，其特征在于内包层细玻璃毛细管是对权利要求2中玻璃套管通过光纤拉丝机拉制而成；4、所述的光子带隙光纤，其特征在于玻璃细棒通过如下方式制作而成(I)传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用；(2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀；(5)取出石英管，以低于碲基玻璃转变温度(Tg) 10 20°C保温I 3小时，然后以I :TC /分钟的降温速度退火至室温；(6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒；(7)通过拉丝机拉制玻璃棒，即可制成所需碲基细玻璃棒；5、所述的光子带隙光纤，其特征在于光纤预制棒的内包层结构可以根据设计采取多种方式组合而成，如三角形、正方形、六边形等；6、所述的光子带隙光纤，其特征在于碲基玻璃材料可采用碲酸盐氧化物玻璃和氧卤碲酸盐玻璃。
图I为碲基玻璃光子带隙光纤预制棒端面结构示意简图。其中I为空气芯；2为内包层小孔；3为外包层套管；4为内包层套管；5为填充内外包层空隙的玻璃细棒。
具体实施例方式为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不局限于下面的实施例。实施例I一种摩尔组成为70Te02-25W03-5La203碲基玻璃材料，其光子带隙光纤的制备包括如下步骤I、预制棒的材料设计如下内/外直径(mm)数量(支)长度(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、玻璃管的制备方法(I)按配方精确称料，采用传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用；(2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀；(5)迅速取出石英管水平放入旋转装置中，以3000转/分钟旋转I 3分钟；(6)取出石英管，在350°C保温2小时，然后以3°C /分钟的降温速度退火至室温；(7)敲碎石英管，即可制得外包层套管。3、重新制备外包层套管，然后通过拉丝机拉制成所需直径的玻璃毛细管；4、玻璃细棒通过如下方式制作而成(I)传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用；(2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀；(5)取出石英管，350°C保温2小时，然后以3°C /分钟的降温速度退火至室温；(6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒；(7)通过拉丝机拉制玻璃棒，根据设计直径要求，制成所需碲基细玻璃棒；5、采用传统的堆积法按照图I中的设计方案构造成光纤预制棒，然后采用拉丝机拉制成光子带隙光纤，拉丝过程中，对预制棒内通入氮气保持弱正压，避免毛细孔堵塞。实施例2一种摩尔组成为50Te02-45BiCl3_5ZnCl2碲基玻璃材料，其光子带隙光纤的制备包括如下步骤I、光纤预制棒端面结构设计同实施例I ;2、包层套管的制作步骤如下
(I)按配方精确称料，采用传统方法用钼金坩埚加盖熔制氧卤碲基玻璃，冷却破碎后备用;(2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管；(3)抽出石英管内空气，使石英管内压力低于10-2大气压；(3)火焰封接石英管密封碲基玻璃；(4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀；(5)迅速取出石英管水平放入旋转装置中，以6000转/分钟旋转2分钟；(6)取出石英管，在280°C保温2小时，然后以2V /分钟的降温速度退火至室温；(7)敲碎石英管，即可制得外包层套管。3、玻璃细棒的制备、预制棒的构建及光纤的拉制过程与实施例I相似。采用上述二种实施例制得的玻璃管内外壁光滑并无杂质、套管内无气泡条纹、套管内外径与设计尺寸相符；拉制出的光纤损耗低、传输功率高，通过预制棒端面结构设计，可到达3 5微米单模传输要求。
权利要求
1.一种光子带隙光纤，其特征在于该光纤材料米用締基玻璃制备而成；
2.按照权利要求I所述的光子带隙光纤，其特征在于外包层玻璃套管采用如下方式形成 (1)传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用； (2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃； (4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀； (5)迅速取出石英管水平放入旋转装置中，以3000 6000转/分钟旋转I 3分钟； (6)取出石英管，以低于碲基玻璃转变温度(Tg)10 20°C保温I 3小时，然后以I 3°C /分钟的降温速度退火至室温； (7)敲碎石英管，即可制得包层套管。
3.按照权利要求I所述的光子带隙光纤，其特征在于内包层细玻璃毛细管是对权利要求2中玻璃套管通过光纤拉丝机拉制而成；
4.按照权利要求I所述的光子带隙光纤，其特征在于玻璃细棒通过如下方式制作而成 (1)传统方法熔制碲基玻璃，冷却破碎后备用； (2)称量碲基玻璃并装入清洁后的石英管； (3)火焰封接石英管密封碲基玻璃； (4)缓慢加热石英管使玻璃熔化至液态并摇摆石英管使玻璃均匀； (5)取出石英管，以低于碲基玻璃转变温度(Tg)10 20°C保温I 3小时，然后以I 3°C /分钟的降温速度退火至室温； (6)敲碎石英管，制得碲基玻璃棒； (7)通过拉丝机拉制玻璃棒，即可制成所需碲基细玻璃棒。
全文摘要
一种光子带隙光纤。该光子带隙光纤包括光纤材料为碲基玻璃；纤芯为空气芯；内包层为多层堆叠的均匀性周期排列的圆柱形玻璃管；外包层为大的玻璃套管；内包层玻璃管与外包层套管之间的空隙通过实心细玻璃棒填充。通过调整中心孔直径、小孔直径、壁厚和堆叠层数，可获得低损耗、单模、高功率中波红外激光传输功能。
文档编号C03B19/00GK102981212SQ201110261859
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者汪国年 申请人:苏州佳因特光电科技有限公司