CN101349779A - 一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤及其制备方法 - Google Patents

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王鸣
闫海涛
喻平
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Abstract

本发明公开了一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤，由单模光纤A、单模光纤B、胶体晶体(3－4)和毛细玻璃封装管(3－1)构成，其特征是：所述单模光纤A、单模光纤B为单模裸光纤，在单模光纤A、单模光纤B的端部除去一段涂覆层，在单模光纤A与单模光纤B除去涂覆层的端面间设胶体晶体，将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，用热塑套管封装为一体。同时公开了其制备方法。

Description

一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤，特别是涉及一种在光纤端面生长胶体晶体的光纤及工艺技术。
背景技术
将光子晶体的带隙结构应用于光纤形成了光子晶体光纤(Photonic CrystalFiber，PCF)，又称微结构光纤。采用紫外侧写技术或CO2热激技术，可以在PCF中写制光子晶体光纤光栅。微结构光纤光栅具有丰富的结构和光学特性。改变光纤中的微孔排列、大小以及占空比，或者将介质载入微孔，均可改变光子晶体光纤及其光栅的光学性质，极大地改变了光纤传感器的结构和性能。但其制作成本高，与普通光纤的对接使用也存在很多问题。图1是其三种基本结构。
制造光学波段的光子晶体，化学方法就显示出更大的优越性，其中利用胶体颗粒自组装是一种非常简便的方法：合成单分散的胶体微球(如二氧化硅或聚苯乙烯微球，Silica)；胶体微球经自组装，形成三维有序堆积；烧结以增加样品的机械强度，同时控制颗粒间的孔隙率。微球组装方法简便易行，材料选择范围宽，圆形微球易合成，且尺寸可控，制作成本低。图2是垂直淀积法自组装胶体晶体的基本制备流程。
发明内容
本发明即是基于上述现有技术现状进行的，目的在于提供一种方便、廉价，能和现在的光纤相匹配的微结构光纤。利用胶体晶体光子带隙和光纤端面形成法布里-帕罗腔(F-P腔)，提供一种具有光子带隙，法布里-帕罗腔调制和光波传输多重功能的微结构光纤。
本发明一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤，由单模光纤A、单模光纤B、胶体晶体和毛细玻璃封装管构成，所述单模光纤A、单模光纤B为单模裸光纤(即为纤芯外包包层再外包涂覆层)，在单模光纤A、单模光纤B的端部除去一段涂覆层，在单模光纤A与单模光纤B除去涂覆层的端面间设胶体晶体，将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，用热塑套管封装为一体。
本发明的纤芯型的胶体晶体微结构光纤，其制备工艺步骤如下：
(a)研磨机研磨单模光纤A、B的端面，使端面平整；端面的平整度达到光纤对接标准(损耗＜0.5dB)；
(b)配备HF酸缓冲溶液，质量配比为HF∶NH4F∶H2O＝3∶7∶10，NH4F可以减缓HF酸的腐蚀速率，使腐蚀的凹腔底面平整；
(c)将研磨后的单模光纤A插入HF酸缓冲溶液中，单模光纤A的包层和纤芯被HF酸腐蚀，涂覆层得以保留，在光纤的端面形成凹腔(包层和纤芯的端面做作为凹腔的底，包层作为凹腔的墙)；凹腔的深度在3微米～30微米之间；
(d)配制胶体微球水溶液；所述胶体微球水溶液的浓度(质量百分比)2％～8％，(胶体微球直径-平均直径)/平均直径×％＜0.2％；
(e)将带有凹腔的单模光纤A端面向上插入盛有胶体微球水溶液的玻璃瓶中(凹腔要漫入胶体微球水溶液中)，采用恒温加热，温度为40℃～80℃，采用垂直淀积法(自组装)用胶体微球在单模光纤A端面的凹腔中生长胶体晶体；
(f)用浓硫酸或双氧将水单模光纤A带有胶体晶体的一端、单模光纤B经研磨平整端面的一端除去一段涂覆层，清洗并干燥单模光纤A、B；
(g)将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，然后用热塑套管封装，形成纤芯型胶体晶体微结构光纤。(V型槽是为了插入光纤方便，不是本技术方案必要技术特征，毛细玻璃管内径与光纤包层直径要匹配)。
本发明纤芯型的胶体晶体微结构光纤，胶体晶体与普通光纤直接制作为一个微结构光纤，具有空气芯和多孔结构，进一步发展可以成为光纤波导和光纤传感器；光纤的两个端面形成了FP腔，光经过光纤直接进入胶体晶体和FP腔，光谱具有光子带隙和FP腔的双重特征，且与现有的光通讯设备相兼容。因此，借助本发明可以实现三维胶体晶体和光纤的结合，出射光为FP腔调制下的光子带隙的特征谱线光子带隙，可以作为光开光，波导以及滤波器和交叉器。也可以进一步制作廉价的传感器.。
附图说明
图1是光子晶体光纤结构示意图；(1-1：空心，1-2：材料，1-3：空心，1-4：材料，1-5：材料(不同于1-4)，1-6实心；结构都是形成周期结构)
图2是垂直淀积法自组装胶体晶体示意图；(2-1：基片，2-2：胶体微球，2-3溶液，2-4溶液的半月面，2-5：胶体微球的重力，2-6：聚合力，2-7：流体剪切力)
图3是本发明纤芯型胶体晶体微结构光纤结构示意图；
图4是纤芯型胶体晶体微结构光纤的透射谱线；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。
实施例1、如图3所示，一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤，由单模光纤A、单模光纤B、胶体晶体(3-4)和毛细玻璃封装管(3-1)构成，所述单模光纤A、单模光纤B为单模裸光纤(即为纤芯3-3外包包层3-2再外包涂覆层)，在单模光纤A、单模光纤B的端部除去一段涂覆层，在单模光纤A与单模光纤B除去涂覆层的端面间设胶体晶体，将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，用热塑套管封装为一体。
上述纤芯型的胶体晶体微结构光纤的制备工艺步骤如下：
(b)研磨机研磨单模光纤A、B的端面，使端面平整；端面的平整度达到光纤对接标准(损耗＜0.5dB)；
(b)配备HF酸缓冲溶液，质量配比为HF∶NH4F∶H2O＝3∶7∶10，NH4F可以减缓HF酸的腐蚀速率，使腐蚀的凹腔底面平整；
(c)将研磨后的单模光纤A插入HF酸缓冲溶液中，单模光纤A的包层和纤芯被HF酸腐蚀，涂覆层得以保留，在光纤的端面形成凹腔(包层和纤芯的端面做作为凹腔的底，包层作为凹腔的墙)；凹腔的深度为3微米；
(d)配制胶体微球水溶液；所述胶体微球水溶液的浓度(质量百分比)2％，(胶体微球直径-平均直径)/平均直径×％＜0.2％；
(e)将带有凹腔的单模光纤A端面向上插入盛有胶体微球水溶液的玻璃瓶中(凹腔要漫入胶体微球水溶液中)，采用恒温加热，温度为40℃，采用垂直淀积法(自组装)用胶体微球在单模光纤A端面的凹腔中生长胶体晶体；
(f)用浓硫酸或双氧将水单模光纤A带有胶体晶体的一端、单模光纤B经研磨平整端面的一端除去一段涂覆层，清洗并干燥单模光纤A、B；
(g)将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，然后用热塑套管封装，形成纤芯型胶体晶体微结构光纤。(V型槽是为了插入光纤方便，不是本技术方案必要技术特征，毛细玻璃管内径与光纤包层直径要匹配)。
实施例2、与实施例基本相同，所不同的是，凹腔的深度为15微米，胶体微球水溶液的浓度(质量百分比)5％，采用恒温加热，温度为60℃。
实施例3、与实施例基本相同，所不同的是，凹腔的深度为30微米，胶体微球水溶液的浓度(质量百分比)8％，采用恒温加热，温度为80℃。

Claims (2)

1、一种纤芯型的胶体晶体微结构光纤，由单模光纤A、单模光纤B、胶体晶体(3-4)和毛细玻璃封装管(3-1)构成，其特征是：所述单模光纤A、单模光纤B为单模裸光纤，在单模光纤A、单模光纤B的端部除去一段涂覆层，在单模光纤A与单模光纤B除去涂覆层的端面间设胶体晶体，将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用两端带有V型槽的毛细玻璃管套装对接起来，用热塑套管封装为一体。
2、一种制备权利要求1所述纤芯型的胶体晶体微结构光纤的方法，其制备步骤如下：
(a)研磨机研磨单模光纤A、B的端面，使端面平整；端面的平整度达到光纤对接标准；
(b)配备HF酸缓冲溶液，质量配比为HF∶NH4F∶H20＝3∶7∶10，NH4F可以减缓HF酸的腐蚀速率，使腐蚀的凹腔底面平整；
(c)将研磨后的单模光纤A插入HF酸缓冲溶液中，单模光纤A的包层和纤芯被HF酸腐蚀，涂覆层得以保留，在光纤的端面形成凹腔；凹腔的深度在3微米～30微米之间；
(d)配制胶体微球水溶液；所述胶体微球水溶液的浓度(质量百分比)2％～8％，(胶体微球直径-平均直径)/平均直径×％＜0.2％；
(e)将带有凹腔的单模光纤A端面向上插入盛有胶体微球水溶液的玻璃瓶中，采用恒温加热，温度为40℃～80℃，采用垂直淀积法用胶体微球在单模光纤A端面的凹腔中生长胶体晶体；
(f)用浓硫酸或双氧将水单模光纤A带有胶体晶体的一端、单模光纤B经研磨平整端面的一端除去一段涂覆层，清洗并干燥单模光纤A、B；
(g)将单模光纤A和单模光纤B除去涂覆层的部分用毛细玻璃管套装对接起来，然后用热塑套管封装，形成纤芯型胶体晶体微结构光纤。
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