一种高双折射光纤及其制备方法与流程

本发明涉及光纤技术领域，具体是一种高双折射光纤及其制备方法。

背景技术：

过去对光子晶体流体传感的研究主要是致力于优化光纤的结构和解调技术来提高灵敏度。然而，在实际的应用中，由于空气孔非常小，光纤长度又很长，即使在真空/压力的作用和流体扩散的条件下，流体填充包层中的空气孔也要花很长时间。例如，用异丙醇（液体）填充半米光子晶体光纤要大于4个小时，用乙炔（气体）填充一米光子晶体光纤大约要200分钟。因此传统的光子晶体光纤结构不能实现实时的传感，如图6为传统封闭式光子晶体光栅激光写入过程光束的散射示意图。同时，在对光子晶体光栅的紫外激光写入制作过程中，光纤包层中的气孔会抑制光栅的写入效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高双折射光纤及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高双折射光纤，包括光纤主体，所述光纤主体中心处设置有纤芯，所述光纤主体设置有平面部，所述光纤主体位于平面部一侧开设有开放式通风孔，所述光纤主体上开设有空气孔。

优选的，所述纤芯采用的是锗掺杂的纤芯。

优选的，所述开放式通风孔设置为半椭圆形结构。

优选的，所述开放式通风孔沿着y轴和x轴的直径分别为24um和20um。

优选的，所述光纤主体的直径设置为123um，纤芯直径设置为8um，空气孔的直径设置为5.2um。

一种高双折射光纤的制备方法，包括以下步骤：

s1：光纤主体的制备；

s2：在光纤主体上开设开放式通风孔；

s3：写入锗掺杂的纤芯。

优选的，步骤s1中所述制备的光纤主体上开设有多个空气孔。

优选的，步骤s2中所述开放式通风孔的制作是通过表面抛光技术在光纤主体上开设的。

优选的，步骤s3中所述纤芯的写入是通过紫外激光光束写入锗掺杂的纤芯。

优选的，步骤s2中还包括用折射率匹配液通过部分开放的包层结构快速填充开放式光子晶体光纤，从而聚焦紫外激光光束。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：开放式通风孔不仅可以加快流体的填充速率和响应时间，同时可以避免在光栅写制过程中的高能量散射，由于去除了部分外部包层，这种开放性结构对入射激光有聚焦的作用，因此避免了更多的散射，使纤芯聚集更多光束的能量，提高了光栅的写入效率，在这种开放性光子晶体光纤结构中，流体可以通过侧面快速的进入，基于这种结构可以形成实时的分布式传感。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明不同时间光纤包层气孔中流体的浓度分布示意图。

图3为本发明折射率精度示意图。

图4为本发明光子晶体光栅激光写入的散射示意图。

图5为本发明光子晶体光栅激光写制示意图。

图6为传统封闭式光子晶体光栅激光写入过程光束的散射示意图。

图中：1、光纤主体；2、空气孔；3、纤芯；4、平面部；5、开放式通风孔。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明实施例中，一种高双折射光纤，包括光纤主体，包括光纤主体1，所述光纤主体1中心处设置有纤芯3，所述光纤主体1设置有平面部4，所述光纤主体1位于平面部4一侧开设有开放式通风孔5，所述光纤主体1上开设有空气孔2。

优选的，所述纤芯3采用的是锗掺杂的纤芯。

优选的，所述开放式通风孔5设置为半椭圆形结构。

优选的，所述开放式通风孔5沿着y轴和x轴的直径分别为24um和20um。

优选的，所述光纤主体1的直径设置为123um，纤芯3的直径设置为8um，空气孔2的直径设置为5.2um。

一种高双折射光纤的制备方法，包括以下步骤：

s1：光纤主体1的制备；

s2：在光纤主体1上开设开放式通风孔5；

s3：写入锗掺杂的纤芯。

优选的，步骤s1中所述制备的光纤主体1上开设有多个空气孔2。

优选的，步骤s2中所述开放式通风孔5的制作是通过表面抛光技术在光纤主体1上开设的。

优选的，步骤s3中所述纤芯3的写入是通过紫外激光光束写入锗掺杂的纤芯。

优选的，步骤s2中还包括用折射率匹配液通过部分开放的包层结构快速填充开放式光子晶体光纤，从而聚焦紫外激光光束。开放式通风孔5不仅可以加快流体的填充速率/响应时间，同时可以避免在光栅写制过程中的高能量散射；理论和仿真结果表明，在保证灵敏度的前提下，这种开放式通风孔5的响应时间比原来的封闭性结构要短很多，大约为5秒；由于去除了部分外部包层，这种开放式通风孔5对光有聚焦的作用，因此避免了更多的散射；而且，在这种开放式通风孔5中，流体通过侧面进入，基于这种结构可以形成分布式传感；流体流动的速度和浓度扩散的速率是影响流体折射率计响应时间的两个关键因素；在这种表面开放的pcf结构中，由于开放的椭圆气孔能和外部的流体直接接触，流体能快速的进入到包层中的气孔内；因此，和流体的填充速率相比，相对较慢的浓度扩散速度是决定响应时间的关键；图2显示，当外界流体的浓度和空气孔2中液体的浓度分别是1mol/l和0mol/l时，随着时间的推移，空气孔2中流体浓度分布的变化；图中表明，3s和5s以后，紧邻锗掺杂纤芯的开放空气孔2中的最低浓度分别升到了0.916mol/l和0.997mol/l，相当于分子百分比分别为91.6%和99.7%；这些结果表明，该结构的响应时间要小于5秒，因此这种纤芯开放结构相比于传统的tfbg在响应时间上有更大的优势；而且，这种开放式通风孔5的灵敏度也可以和传统封闭结构的灵明度相比拟；在此种结构中存在一种纤芯模式和两种高阶包层模式，如图3所示是在每种模式相对应的布拉格谐振波长处，折射率精度随着流体折射率变化相应的值；当流体折射率接近基模的有效折射率时，可以达到最高的折射率精度值1.32×10-5r.i.u；由于本发明中光纤的外包层部分去除，因此在光栅的制作过程中，紫外激光光束到达锗掺杂的纤芯的过程，光束的散射会减小；同时，当空气孔2中填充了匹配液时，由于液体的透镜聚焦作用，光束传播过程中的散射会进一步减小；这种结构的开放性光纤流体填充速度很快，因此用折射率匹配液填充光纤中的气孔后，使光栅的制作更加切实可行；图6和图4所示的是传统的封闭式光子晶体光栅和本发明中开放式光子晶体光栅紫外激光写制过程中紫外光束的散射效应比较；可以发现，在本发明中的开放式光子晶体光栅写制过程中，由于紫外光束能通过开放的大气孔直接进入到锗掺杂的纤芯，同时由于折射率匹配液的存在，减小了光束的散射效应，从而使更多的能量聚集在纤芯，有效的提高了紫外激光的写入效率。

本发明的工作原理是：开放式通风孔5不仅可以加快流体的填充速率/响应时间，同时可以避免在光栅写制过程中的高能量散射；理论和仿真结果表明，在保证灵敏度的前提下，这种开放式通风孔5的响应时间比原来的封闭性结构要短很多，大约为5秒；由于去除了部分外部包层，这种开放式通风孔5对光有聚焦的作用，因此避免了更多的散射；而且，在这种开放式通风孔5中，流体通过侧面进入，基于这种结构可以形成分布式传感；流体流动的速度和浓度扩散的速率是影响流体折射率计响应时间的两个关键因素；在这种表面开放的pcf结构中，由于开放的椭圆气孔能和外部的流体直接接触，流体能快速的进入到包层中的气孔内；因此，和流体的填充速率相比，相对较慢的浓度扩散速度是决定响应时间的关键；图2显示，当外界流体的浓度和空气孔2中液体的浓度分别是1mol/l和0mol/l时，随着时间的推移，空气孔2中流体浓度分布的变化；图中表明，3s和5s以后，紧邻锗掺杂纤芯的开放空气孔2中的最低浓度分别升到了0.916mol/l和0.997mol/l，相当于分子百分比分别为91.6%和99.7%；这些结果表明，该结构的响应时间要小于5秒，因此这种纤芯开放结构相比于传统的tfbg在响应时间上有更大的优势；而且，这种开放式通风孔5的灵敏度也可以和传统封闭结构的灵明度相比拟；在此种结构中存在一种纤芯模式和两种高阶包层模式，如图3所示是在每种模式相对应的布拉格谐振波长处，折射率精度随着流体折射率变化相应的值；当流体折射率接近基模的有效折射率时，可以达到最高的折射率精度值1.32×10-5r.i.u；由于本发明中光纤的外包层部分去除，因此在光栅的制作过程中，紫外激光光束到达锗掺杂的纤芯的过程，光束的散射会减小；同时，当空气孔2中填充了匹配液时，由于液体的透镜聚焦作用，光束传播过程中的散射会进一步减小；这种结构的开放性光纤流体填充速度很快，因此用折射率匹配液填充光纤中的气孔后，使光栅的制作更加切实可行；

图6和图4所示的是传统的封闭式光子晶体光栅和本发明中开放式光子晶体光栅紫外激光写制过程中紫外光束的散射效应比较；可以发现，在本发明中的开放式光子晶体光栅写制过程中，由于紫外光束能通过开放的大气孔直接进入到锗掺杂的纤芯，同时由于折射率匹配液的存在，减小了光束的散射效应，从而使更多的能量聚集在纤芯，有效的提高了紫外激光的写入效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。