CN100464202C - 通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 - Google Patents
通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100464202C CN100464202C CNB2007100571559A CN200710057155A CN100464202C CN 100464202 C CN100464202 C CN 100464202C CN B2007100571559 A CNB2007100571559 A CN B2007100571559A CN 200710057155 A CN200710057155 A CN 200710057155A CN 100464202 C CN100464202 C CN 100464202C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- photonic crystal
- crystal fiber
- airport
- fiber
- corrosion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
一种通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法。通过在光子晶体光纤的空气孔中填充腐蚀性物质，利用腐蚀性物质腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁，导致空气孔增大或者形状、数量以及分布规律的改变，以便提高或者改变光子晶体光纤的双折射、损耗、非线性、色散、带隙等导光特性，有利于得到新的结构和更优异特性的光子晶体光纤及器件。该方法简易有效而又廉价，直接利用现有成型的具有空气孔结构的各种光子晶体光纤进行腐蚀，无需经过光纤熔融拉制过程，效果优异，可控性强，可以得到新的、传统光纤拉制方法无法得到的空气孔结构及分布，可以和传统光纤拉制技术相结合获得性能更加优异的光子晶体光纤。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过化学腐蚀方法来改善和改变光子晶体光纤结构及特性的方法，特别是一种将腐蚀性物质填充到具有空气孔结构的光子晶体光纤中，利用化学腐蚀作用改变光子晶体光纤结构及特性的技术，是光子晶体光纤及其应用领域中的一种新设计。
背景技术
光子晶体光纤，又称微结构光纤或多孔光纤，是近年来迅速发展的一种具有较高科研价值和广阔市场前景的新型光纤，其沿光纤轴向按照一定规律分布着延伸的空气孔。光子晶体光纤根据导光机理的不同可分为两种：折射率引导型光子晶体光纤和带隙型光子晶体光纤。前者与传统光纤的导光机制相同，纤芯折射率高于周围由空气孔组成的包层的有效折射率，无论纤芯掺杂与否都能够把光约束在纤芯传输，而带隙型光子晶体光纤的包层具有周期性的折射率分布，可以通过光子带隙效应将光限制在纤芯缺陷中，从而不需要高折射率的纤芯。
光子晶体光纤诸多的优异特性和应用价值都是建立在灵活的结构设计特性基础之上的。例如：通过设计光纤端面结构，使某两个正交方向上的纤芯和包层空气孔产生结构不对称性，可以得到比常规双折射光纤更强的双折射；通过设计更小的纤芯和更大的包层占空比可以得到比传统光纤高1到2个数量级的高非线性光子晶体光纤；通过设计空气孔纤芯和特定周期性包层结构，可以得到光子带隙效应低损耗传导的空芯光纤；通过设计多个纤芯，可以得到双芯及多芯光子晶体光纤及耦合器；通过设计特殊包层结构，可以得到具有大负色散的色散补偿光子晶体光纤等等。
光子晶体光纤的制备方法主要是毛细管堆叠法，由于结构中有周期分布的空气孔，因此拉制工艺及条件较常规光纤要苛刻的多，很容易造成空气孔的塌陷。目前，尽管一些常规结构的折射率引导型光子晶体光纤的拉制工艺已日趋成熟，但实际拉制出来的光子晶体光纤性能与理想的理论设计还存在一定差距。更重要的是，一些特殊结构和特殊设计的光子晶体还很难通过拉制手段来实现其高性能。比如一些空芯光子带隙光纤结构、椭圆形空气孔的高双折射光子晶体光纤结构、包层空气孔不均匀的色散补偿光纤结构等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简易有效而又廉价的改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法，利用腐蚀性物质对光子晶体光纤基质材料的腐蚀作用来改变光子晶体光纤的结构，提高和改变现有成型光子晶体光纤的双折射、损耗、非线性、色散、带隙传导特性，得到新型结构和更加优异光学性能的光子晶体光纤及器件。
一种通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法，该方法采用如下的操作步骤：
第一步：首先选取对光子晶体光纤(1)基质材料具有腐蚀作用的腐蚀性物质(2)；
第二步：通过加压装置(3)加压挤入或者减压装置(4)减压吸入的方法将腐蚀性物质(2)填充到光子晶体光纤(1)的空气孔中，腐蚀性物质跟与之接触的光子晶体光纤基质材料发生化学反应，腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁；
第三步：控制腐蚀性物质(2)在光子晶体光纤(1)空气孔中的腐蚀时间，腐蚀结束后，通过加压装置(3)加压挤入空气或者减压装置(4)减压吸入空气的方法，将光子晶体光纤(1)空气孔中残余的腐蚀性物质(2)及废液从光子晶体光纤(1)的另一端排出，得到结构和性能都被改变的光子晶体光纤，具体是指通过填充性腐蚀，光子晶体光纤的结构参数：如空气孔大小、形状、数量以及光子晶体光纤的纤芯尺寸发生改变，从而引起由光子晶体光纤结构所决定的光子晶体光纤性能的改变，具体指双折射、损耗特性、非线性、色散和带隙传导特性的改变。
本发明所述的光子晶体光纤(1)沿光纤轴向按照一定规律分布着延伸的空气孔结构，所述的一定规律分布的空气孔在光纤横截面内呈三角形、矩形、蜂窝形或者其他规则以及不规则排列，所述的空气孔在光纤横截面内呈圆形、椭圆形、柚子形或者其他规则以及不规则结构。
所述光子晶体光纤(1)的基质材料为能够形成光纤的材料，如玻璃材料、塑料材料。
所述的腐蚀性物质(2)为能够腐蚀溶解所述光子晶体光纤(1)的基质材料的气体物质或者液体物质。
所述的填充性腐蚀是指将所述的腐蚀性物质(2)填充到所述的光子晶体光纤(1)的空气孔中，腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁，造成空气孔的增大或者形状、数量以及分布规律的改变。
本发明的优点和积极效果：
本发明方法能解决目前拉制技术难以实现特殊结构和性能的光子晶体光纤的问题，是一种简易有效而又廉价的改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法，直接利用现有成型的具有空气孔结构的各种光子晶体光纤进行腐蚀，无需经过光纤熔融拉制过程，效果优异，可控性强，可以得到新的、传统光纤拉制方法无法得到的空气孔结构及分布，可以和传统光纤拉制技术相结合获得性能更加优异的光子晶体光纤。
附图说明
图1是一种通过加压方法将腐蚀性物质(2)挤入光子晶体光纤(1)的示意图。
图2是一种通过减压方法将腐蚀性物质(2)吸入光子晶体光纤(1)的示意图。
图3是实施例1、2中所述的一种包层为三角形空气孔排列的光子晶体光纤端面结构图。
图4是实施例1中所述的填充性腐蚀之后的端面结构图。
图5是实施例2中所述的填充性腐蚀之后的端面结构图。
图6是实施例3中所述的一种空芯带隙型光子晶体光纤的端面结构图。
图7是图6所示光子晶体光纤一端经过电弧放电预处理后的端面结构图。
图8是图6所示光子晶体光纤纤芯填充性腐蚀之后的端面结构图。
图9是实施例4中所述的一种三角形空气孔排列的包层结构图。
图10是图9所示三角形空气孔排列的包层结构的带隙示意图。
图中：1.光子晶体光纤，2.腐蚀性物质，3.加压装置，4.减压装置。
具体实施方式：
下面结合附图说明本发明的工作原理和典型施例：
本发明的工作原理是通过在光子晶体光纤的空气孔中填充腐蚀性物质，利用腐蚀性物质腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁，造成光子晶体光纤空气孔的增大或者形状、分布规律甚至数量的改变，从而提高和改变现有成型光子晶体光纤的双折射、损耗、非线性、色散、带隙传导特性，得到新型结构和优异光学性能的光子晶体光纤及器件。
实施例1：
图3所示结构的光子晶体光纤的基质材料为玻璃材料，包层空气孔平均间距5.18μm，空气孔平均直径2.42μm，利用腐蚀导致包层空气孔的增大可以使光子晶体光纤的泄漏损耗和模场面积减小，同时非线性系数也增大，为达到此目的，我们通过加压装置(3)加压的方法将腐蚀性物质(2)挤入到光子晶体光纤(1)空气孔中，如图1。所用腐蚀性物质为浓度47％(±3％)的氢氟酸。腐蚀时间120(±5)秒之后，同样通过加压的方法将空气挤入光子晶体光纤空气孔中，从而把残余的腐蚀性物质和废液从光子晶体光纤另一端排出，得到图4结构的光子晶体光纤。腐蚀之后空气孔间距不变，但是空气孔平均直径增大到4.65μm。理论计算发现，1550nm波长处的泄漏损耗、模场面积、非线性系数将分别从腐蚀之前的2.98e-3dB/m、35.20μm2、2.88W-1km-1变为腐蚀之后的3.50e-13dB/m、16.34μm2、6.21W-1km-1。
实施例2：
如图2中，我们通过减压装置(4)减压的方法将腐蚀性物质(2)吸入到光子晶体光纤(1)空气孔中。所用光子晶体光纤的基质材料为玻璃材料，光纤结构如图3所示，所用腐蚀性物质为浓度23.5％(±1.5％)的氢氟酸。腐蚀时间120(±5)秒之后，同样通过减压的方法将空气吸入光子晶体光纤空气孔中，从而把残余的腐蚀性物质和废液从光子晶体光纤另一端抽出，得到图5结构的光子晶体光纤。空气孔平均直径从图3中腐蚀之前的2.42μm增大到3.54μm。理论计算发现，1550nm波长处的泄漏损耗、模场面积、非线性系数将分别从腐蚀之前的2.98e-3dB/m、35.20μm2、2.88W-1km-1变为腐蚀之后的7.91e-10dB/m、21.31μm2、4.75W-1km-1。
实施例3：
图6中的空芯带隙型光子晶体光纤基质材料为玻璃材料，经过电弧放电的预处理将光纤一端变为图7所示的结构，即包层空气孔完全塌陷，只剩下收缩了的纤芯空气孔，这种技术在国外文献Limin Xiao，Wei Jin，M.S.Demokan，Hoi L.Ho，Yeuk L. Hoo，and ChunliuZhao，“Fabrication of selective injection microstructured optical fibers with a conventionalfusion splicer”Opt.Expr.13，9014-9022(2005)已有报道。对图7所示的光纤端头预处理之后的光子晶体光纤填充浓度为47％(±3％)的氢氟酸，从而将氢氟酸选择性地填充到纤芯空气孔中，只有纤芯孔壁被腐蚀溶解。腐蚀时间270(±5)秒后，将残余氢氟酸及废液排出，得到图8所示腐蚀后的结构。光子晶体光纤的纤芯孔壁从腐蚀之前的2.72μm变为腐蚀之后几乎为0，纤芯空气孔直径也相应地从腐蚀之前的12.02μm变为腐蚀之后的14.75μm，纤芯孔壁的变薄和纤芯直径的增大可以应用于减小表面模式对带隙型光子晶体光纤的影响，这种减小表面模影响的方法在国外文献R.Amezcua-Correa，N.G.R.Broderick，M.N.Petrovich，F.Poletti，D.J.Richardson，V.Finazzi and T.M.Monro 1“Realistic designs of silicahollow-core photonic bandgap fibers free of surface modes”OFC2005已有报道。
实施例4：
带隙型光子晶体光纤的包层具有周期性的空气孔分布，填充性腐蚀之后，包层空气孔将变大，导致包层折射率分布的周期性发生改变，从而使光子带隙的位置和带宽也将发生改变。图9是一种带隙型光子晶体光纤的包层结构，光纤基质材料为玻璃材料，包层圆形空气孔为三角形排列，空气孔间距2.5μm，空气孔直径2.25μm。填充浓度为11.75％(±1％)的氢氟酸到空气孔中，腐蚀时间分别为20(±5)秒、40(±5)秒、60(±5)秒后，空气孔直径分别增大到2.30μm、2.35μm和2.40μm。图10为图9所示结构对应的一个固定阶次的带隙随空气孔增大而变化的示意图，四组带隙曲线分别对应空气孔直径2.25μm、2.3μm、2.35μm和2.4μm，随着空气孔变大，带隙的位置移向短波方向，同时带宽逐渐变宽。
Claims (5)
1.一种通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法，其特征在于：该方法采用如下的操作步骤：
第一步：首先选取对光子晶体光纤(1)基质材料具有腐蚀作用的腐蚀性物质(2)；
第二步：通过加压装置(3)加压挤入或者减压装置(4)减压吸入的方法将腐蚀性物质(2)填充到光子晶体光纤(1)的空气孔中，腐蚀性物质跟与之接触的光子晶体光纤基质材料发生化学反应，腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁；
第三步：控制腐蚀性物质(2)在光子晶体光纤(1)空气孔中的腐蚀时间，腐蚀结束后，通过加压装置(3)加压挤入空气或者减压装置(4)减压吸入空气的方法，将光子晶体光纤(1)空气孔中残余的腐蚀性物质(2)及废液从光子晶体光纤的另一端排出，得到结构和性能都被改变的光子晶体光纤，具体是指通过填充性腐蚀，光子晶体光纤的结构参数：如空气孔大小、形状、数量以及光子晶体光纤的纤芯尺寸发生改变，从而引起由光子晶体光纤结构所决定的光子晶体光纤性能的改变，具体指双折射、损耗特性、非线性、色散和带隙传导特性的改变。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的光子晶体光纤(1)沿光纤轴向按照一定规律分布着延伸的空气孔结构，所述的一定规律分布的空气孔在光纤横截面内呈三角形、矩形、蜂窝形或者其他规则以及不规则排列，所述的空气孔在光纤横截面内呈圆形、椭圆形、柚子形或者其他规则以及不规则结构。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述光子晶体光纤(1)的基质材料为能够形成光纤的材料，如玻璃材料、塑料材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的腐蚀性物质(2)为能够腐蚀溶解所述光子晶体光纤(1)的基质材料的气体物质或者液体物质。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于：所述的填充性腐蚀是指将所述的腐蚀性物质(2)填充到所述的光子晶体光纤(1)的空气孔中，腐蚀溶解所填充空气孔的基质孔壁，造成空气孔的增大或者形状、数量以及分布规律的改变。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100571559A CN100464202C (zh) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | 通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2007100571559A CN100464202C (zh) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | 通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101034184A CN101034184A (zh) | 2007-09-12 |
| CN100464202C true CN100464202C (zh) | 2009-02-25 |
Family
ID=38730818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2007100571559A Expired - Fee Related CN100464202C (zh) | 2007-04-17 | 2007-04-17 | 通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100464202C (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102564639A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-07-11 | 满文庆 | 基于液体填充光子晶体光纤光栅的温度传感器及制造方法 |
| CN103472528B (zh) * | 2013-09-30 | 2016-03-30 | 北京首量科技有限公司 | 一种带葡萄柚空气孔的高双折射光子准晶光纤 |
| CN109798924A (zh) * | 2017-11-15 | 2019-05-24 | 天津师范大学 | 选择性填充双折射微结构光纤式干涉型高灵敏度传感器 |
| CN114624816A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-06-14 | 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 | 一种制备微结构光纤平滑端面的处理方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1584642A (zh) * | 2004-06-11 | 2005-02-23 | 上海大学 | 色散渐变和色散自补偿光子晶体光纤 |
| CN1588140A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-02 | 上海大学 | 一种单模光子晶体光纤 |
| JP2005272285A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 |
| JP2005289769A (ja) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 |
| JP2006044950A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-16 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ母材の製造方法 |
| US20060153512A1 (en) * | 2004-04-22 | 2006-07-13 | Falkenstein Paul L | Fused array preform fabrication of holey optical fibers |
-
2007
- 2007-04-17 CN CNB2007100571559A patent/CN100464202C/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005272285A (ja) * | 2004-03-26 | 2005-10-06 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 |
| JP2005289769A (ja) * | 2004-04-02 | 2005-10-20 | Showa Electric Wire & Cable Co Ltd | フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 |
| US20060153512A1 (en) * | 2004-04-22 | 2006-07-13 | Falkenstein Paul L | Fused array preform fabrication of holey optical fibers |
| CN1584642A (zh) * | 2004-06-11 | 2005-02-23 | 上海大学 | 色散渐变和色散自补偿光子晶体光纤 |
| JP2006044950A (ja) * | 2004-07-30 | 2006-02-16 | Hitachi Cable Ltd | 光ファイバ母材の製造方法 |
| CN1588140A (zh) * | 2004-08-06 | 2005-03-02 | 上海大学 | 一种单模光子晶体光纤 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101034184A (zh) | 2007-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9348086B2 (en) | Few-mode optical fibers | |
| CN101464538A (zh) | 一种超高双折射超低限制损耗光子晶体光纤 | |
| CN100464202C (zh) | 通过填充性腐蚀改善和改变光子晶体光纤结构和性能的方法 | |
| Jiang et al. | High birefringence rectangular-hole photonic crystal fiber | |
| CN101201432B (zh) | 一种类熊猫型高双折射光子晶体光纤 | |
| CN101738680A (zh) | 一种微结构光纤 | |
| CN109752791A (zh) | 一种微流通道与光波通道混合集成的双芯光纤及制备方法 | |
| CN102279439A (zh) | 混合导光型单偏振单模光纤 | |
| CN1687808A (zh) | 空气传导双芯光子带隙光纤 | |
| CN1727926A (zh) | 一种光子晶体光纤 | |
| CN100592114C (zh) | 一种微结构保偏光纤 | |
| CN1170177C (zh) | 双芯光子晶体光纤 | |
| CN104808285A (zh) | 一种高双折射色散可调光子晶体光纤 | |
| CN101694536B (zh) | 一种光子晶体光纤耦合器的制作方法 | |
| CN104678485A (zh) | 一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤 | |
| Chen et al. | Polarization-independent splitter based on all-solid silica-based photonic-crystal fibers | |
| CN104749690A (zh) | 一种碲酸盐玻璃双芯光子晶体光纤偏振分束器 | |
| Lee et al. | Dense double-cladding photonic crystal fiber with high birefringence, large negative dispersion and high nonlinearity | |
| Li et al. | Novel polarization splitter based on highly birefringent dual-core photonic crystal fibers with hollow ring defects | |
| Lee et al. | Double cladding photonic crystal fiber based on dual lattice structure: high birefringence and negative flat dispersion | |
| CN201909860U (zh) | 一种全固态光子带隙光纤 | |
| Yang et al. | Tailoring birefringence and polarization coupling in photonic crystal fibers | |
| Wang et al. | Dispersion compensation photonic crystal fibers with ultra-high dispersion coefficient and extremely low loss | |
| Baidya et al. | Photonic crystal fibers for high data rate transfer at low loss | |
| Singh et al. | Photonic crystal fiber for optical switching and sensing application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090225 Termination date: 20100417 |