CN113067572A - 一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用，属于光学与激光技术领域。该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，为双层联结型反谐振结构，其在外包层内侧周向均布的6对‑10对的中心对称联结孔，不包括7对；外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质；液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率。该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤相比于传统的光开关，其结构更为简单，体积更小，且可以根据不同材质来设计开关温度，能够实现在设计中的设定温度产生开关效应，对于光学元件开发具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及光学与激光技术领域，具体涉及空芯微结构光纤和控制技术领域，特别涉及一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用。
背景技术
随着技术发展，反谐振光纤已经成为了微结构光纤研究的前沿领域。反谐振光纤技术主要应用于激光传输、传感，相对于传统光纤技术，在传输方面具有传输损耗低、质量高、传输范围广，可以突破材质传输范围限制等特点，在传感方面，由于其大空芯结构在气体和液体检测方面也有广阔的应用前景。
反谐振光纤根据反谐振孔排布分为单层反谐振光纤和双层反谐振光纤，根据芯部填充物分为空心和液芯，现有的反谐振光纤有单层光纤，双层空心光纤，这些光纤的应用为高质量光通信、激光器气室、气体和液体成分检测领域。
随着智能技术的开发，光开关应用领域越来越广，现阶段光开关多利用MZI(Mach-Zehnder Interferometer)或者多层玻璃与有机物的复合物结构，该结构复杂、体积大、部分该类产品需要供电。反谐振光纤方面，现有公开的文献是利用空气液化和气化过程实现开关效应，但是由于实现需要使用液氮和加热设备，所以实用性非常低。
其中，反谐振光纤主要是由平面波导的反谐振效应来导光，一般反谐振光纤应用都是利用反谐振效应形成的低损耗区域进行高质量信息传输、中红外激光传输和气体检测，而本发明是利用反谐振区域间的过度过程，实现光开关效应。该技术对反谐振光纤应用的开发具有非常重要意义。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用，该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤相比于传统的光开关，其结构更为简单，体积更小，且可以根据不同材质来设计开关温度，能够实现在设计中的设定温度产生开关效应，对于光学元件开发具有非常重要的意义。
本发明利用液芯材料折射率随温度变化的特性和反谐振光纤导光原理，对传统反谐振光纤进行设计改进。从而使得该光纤工作光谱宽，理论温度控制精度高，可以应用于复杂和危险环境中。
本发明的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，为双层联结型反谐振结构，具体包括外包层、以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对-10对的中心对称联结孔，不包括7对；
所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；
在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质，填充易产生SPR效应的物质的孔的连线形成正多边形，并且每个填充易产生SPR效应的物质的孔等距间隔设置，所述的易产生SPR效应的物质，优选为金、银、石墨烯中的一种；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，根据温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤使用温度，选择在该温度下折射率等于光纤材质折射率、或等于光纤材质折射率+0.01的液体作为液芯，并且，液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率，如光纤材质的折射率为1.45，则液芯受温度影响的折射率变化范围为1.43-1.47。
进一步的，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据无易产生SPR材质填充的液芯联结管光纤传输的光的波段进行设置，具体设置关系式为：
tm为该谐振阶数下的联结管内管和联结管外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为光纤材质的折射率，n0为液芯的折射率；
采用该公式进行计算得到的该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，能够保证光纤的工作波段和谐振波段不重合。
进一步的，所述的易产生SPR效应的材质能够增加在开关效应关区域的传输损耗。
进一步的，液芯中的液体优选为折射率温度系数大的液体。
进一步的，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的光纤材质可以选择能够产生反谐振效果的材质，优选为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。
进一步的，内层反谐振孔中填充的易产生SPR的材质，可以满填充也可以填充一层，填充一层时，层厚优选为20nm～400nm。
所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其感应光谱的传输带宽(即检测范围)，可以通过液芯中液体、光纤材质、填充物材质进行调整。
当光纤材质为稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤能够应用传输中红外激光。
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，用于温控开关，其开关效应发生的温度为在该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率、或该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率+0.01的温度，即为在该温度下液芯的折射率小于光纤材质的折射率时，光纤为断开状态，当在该温度下液芯的折射率大于等于光纤材质的折射率时，光纤处于导通状态。
本发明的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其工作原理如下，在液芯折射率小于光纤材质折射率的情况下，光纤导光主要依靠反谐振效应。在液芯折射率接近光纤材质折射率(折射率差<0.04)，且在金或其他易产生SPR效应的物质填充下，内层反谐振孔发生谐振与SPR效应导致高损耗产生，在液芯折射率随温度变化达到与光纤材质相等的情况时，光纤传输效应由反谐振效应转换为泄露模传输，传输损耗会大幅度降低，进而产生由温度控制的开关效应。
本发明的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤可以通过不同材质设计不同温度的控制光纤，从而提高工作范围，可以在不同的温度范围内进行设计，可以提高温度控制精度。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图2为本发明实施例1的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图3为本发明实施例2的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图4为本发明实施例3的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图5为本发明实施例4提供的特种玻璃玻璃、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图6为本发明实施例4的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图7为本实验实施例5提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图8为本发明实施例5的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图9为本实验实施例6提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图10为本发明实施例6的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图11为本发明对比例1提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图12为本发明对比例1的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图13为本实验对比例2提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图14为本发明对比例2的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图15为本实验对比例3提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。
图16为本发明对比例3的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
图17为本实验对比例4提供的SiO2、金、液体填充的一种液芯光纤截面示意图。
图18为本发明对比例4的光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。
以上图中，1为外包层，2为联结管外管，3为联结管内管，4为金，5为液芯，6为400nm金镀层，7为外管，8为内管。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，显然实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例可以根据不同的要求来进行布置和设计；
液体材质折射率公式为
n为温度T时的折射率，n0为温度T0时的折射率，dn/dT为折射率温度系数，T为实际温度，T0为基础测试温度(通常为室温或20℃)；
由公式可知液体材质折射率与温度直接相关，不同液体材质的折射率温度系数不同，温度敏感液体即折射率温度系数高的液体。为了阐述方便，仅在第一和第三实施例中阐述温度与折射率对应关系，后续实施例中以折射率进行说明，不对折射率对应的温度进行详细阐述。
实施例1
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图1，本实施例所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的8对联结孔，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径12μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例中为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该液体在10℃-20℃内，液芯折射率的变化范围为1.42-1.47，在液芯折射率为1.44时，光纤损耗为1400dB/cm，在液芯折射率为1.45时，光纤损耗为40dB/cm；当温度为16℃时，光纤损耗下降，液芯折射率为1.45即16℃时由断变通；
对本实施例制备的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤进行损耗分析，其液芯折射率-损耗光纤曲线见图2，说明根据温度变化，液芯折射率升高，则损耗大幅度降低，当光纤折射率1.44时其损耗为1400dB/cm降低到当液芯折射率为1.45时损耗为40dB/cm，通过光纤损耗公式
Pi为输入光功率，Po为输出光功率，L为光纤长度，α为损耗。和通断消光比(EXT)公式，
P1为状态通时的功率，P2为状态断时的功率，其消光比大于20dB，可认为其产生光开关效应。
工作带宽和温度可以根据光纤材质和液芯材质进行调节，由于反谐振光纤工作带宽大，所以光纤材质对工作范围限制小。
实施例2
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，具体描述的一种有开关效应的液芯四孔金填充的联结型反谐振光纤，本实施例所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的8对联结孔，光纤材质折射率在入射光波段为1.6，光纤外包层外径80μm，外包层内径50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管2的外壁和外包层1的内壁相切，联结管外管2的外壁和联结管内管3的外壁相切，联结管外管2形成外层反谐振孔，联结管内管3形成内层反谐振孔，联结管内管3的中心位于联结管外管2中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结孔外层反谐振孔半径12μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，填充应均匀，本实施例为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充温度敏感液体作为液芯5。该温度敏感液体的折射率变化范围为1.58-1.63。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.6，在液芯折射率为1.58时，光纤损耗为104dB/cm以上，在液芯折射率为1.61时，光纤损耗20dB/cm以下，在液芯折射率为1.63时，光纤损耗在1dB/cm以下；该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图3，说明随折射率增高，损耗大幅度降低。
工作带宽和温度可以根据光纤材质和液芯材质进行调节，由于反谐振光纤工作带宽大，所以光纤材质对工作范围限制小。
通过光纤损耗公式和通断消光比公式计算可推导出，该光纤的在液芯1.58-1.63范围内，消光比大于20dB，可认为其产生开关效应。
实施例3
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图1，具体描述的一种有开关效应的液芯四孔金填充的联结型反谐振光纤，所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤包括外包层1，以及在外包层内侧8对联结孔，材质为玻璃型号为FK51A，光纤外径80um，内径50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结孔外孔半径12μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；在波长1.55μm，光纤材质折射率1.4759，入射光波长为1.55μm。
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，Gold层可以使用气相沉积法填充，可满填充；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充温度敏感液体：甲苯，在20℃时折射率n6为1.497，温度变化率为-5.273*10-4/℃，在100℃，液芯折射率为1.45时，在液芯折射率为1.45光纤损耗为32712dB/cm，其在液芯折射率为1.49时，损耗为4.9dB/cm。本实施例的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图4，说明随折射率增高，损耗大幅度降低。
工作带宽和温度可以根据光纤材质和液芯材质进行调节，由于反谐振光纤工作带宽大，所以光纤材质对工作范围限制小。
通过光纤损耗公式和通断消光比公式计算可推导出，该光纤的在液芯1.45-1.49范围内，消光比大于20dB，可认为其产生开关效应。
实施例4
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图5，本实施例所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的6对联结孔，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径12μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔内层反谐振孔中选均匀间隔的3个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，填充应均匀，本实施例为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充温度敏感液体作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.444，在液芯折射率为1.435时，光纤损耗为104dB/cm，在液芯折射率为1.55时，光纤损耗50dB/cm以下，在液芯折射率为1.46时，光纤损耗在10dB/cm以下；该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图6，说明随折射率增高，损耗大幅度降低。
通过光纤损耗公式和通断消光比公式计算可推导出，该光纤的在液芯折射率1.435-1.46范围内，消光比大于20dB，可认为其产生开关效应。
实施例5
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图7，本实施例所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的8对联结孔，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径12μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金层，金可以使用气相沉积法填充，填充应均匀，本实施例为400nm金镀层6填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，在液芯折射率为1.44时，光纤损耗为103dB/cm，在液芯折射率为1.46时，光纤损耗50dB/cm以下，在液芯折射率大于1.47时，光纤损耗在10dB/cm以下；该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图8，说明随折射率增高，损耗大幅度降低。
通过光纤损耗公式和通断消光比公式计算可推导出，该光纤的在液芯折射率1.44-1.46范围内，消光比大于20dB，可认为其产生开关效应。
实施例6
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图9，本实施例所述温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的10对联结孔，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径11μm，内层反谐振孔半径6μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的10个内层反谐振孔中间隔选5个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，填充应均匀，本实施例是满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，液芯中液体折射率变化范围为1.44-1.48，在液芯折射率为1.44时，光纤损耗为200dB/cm以上，在液芯折射率为1.46时，光纤损耗10dB/cm左右，在液芯折射率大于1.48时，光纤损耗在10dB/cm以下；该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图10，说明随折射率增高，损耗大幅度降低。
通过光纤损耗公式和通断消光比公式计算可推导出，该光纤的在液芯折射率1.44-1.48范围内，消光比大于20dB，可认为其产生开关效应，但是由于在折射率1.44处，光纤损耗比较低，该型光纤应谨慎使用。
实施例7
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其同实施例1，不同之处在于，填充的为银。光纤材质为FK51A玻璃，其折射率为1.48。
入射光波长为中红外激光波长0.8μm，液芯折射率的变化范围为1.46-1.50，在液芯折射率为1.47时，光纤损耗为95648dB/cm，在液芯折射率为1.48时，光纤损耗为1315dB/cm，在液芯折射率为1.49时，光纤损耗为943dB/cm，其消光比大于20dB，可以作为光开关。
实施例8
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其同实施例1，不同之处在于，填充的为金。光纤材质为As2S3玻璃，其折射率为2.44
入射光波长为中红外激光波长1.55um，液芯折射率的变化范围为2.4-2.5，在液芯折射率为2.4时，光纤损耗为1470dB/cm，在液芯折射率为2.44时，光纤损耗为166dB/cm在液芯折射率为2.45时，光纤损耗为2.2dB/cm，在液芯折射率为2.5时，光纤损耗为0.00379dB/cm，可以作为光开关。
对比例1
一种联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图11，本实施例所述联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的8对联结孔，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径8μm，内层反谐振孔半径8μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例中为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，在液芯材质液芯折射率为1.44时，光纤损耗为102dB/cm，在液芯折射率为1.455时，光纤损耗50dB/cm以下，在液芯折射率大于1.46时，光纤损耗在1dB/cm以下；该联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图12。
这种情况，和实施例1相比，外层反谐振孔和内层反谐振孔的半径相等，由于在折射率n＝1.45附近损耗有较大波动，不适合作为光开关。
对比例2
一种联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图13，本实施例所述的联结型液芯反谐振光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的8对联结孔，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管2和联结管内管3形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径6μm，内层反谐振孔半径10μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例中为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，在液芯折射率为1.44时，光纤损耗为102dB/cm，在液芯折射率为1.455时，光纤损耗50dB/cm以下，在液芯折射率大于1.46时，光纤损耗在1dB/cm以下；该联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图14。
这种情况，和实施例1相比，外层反谐振孔的半径小于内层反谐振孔的半径，由于在折射率1.45损耗有较大波动，不适合作为光开关。
对比例3
一种联结型液芯反谐振光纤，其截面示意图如图15，本实施例所述联结型液芯反谐振光纤，包括外包层，以及在外包层内侧均匀分布的7对联结孔，光纤材质折射率在入射光波段为1.45，联结型液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm，联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切，联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，联结管内管的中心位于联结管外管中心和联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；其中，联结孔的外层反谐振孔半径6μm，内层反谐振孔半径10μm，联结管外管和联结管内管的壁厚均为1.8μm；
在联结孔的7个内层反谐振孔中间隔选3个孔填充金层，金可以使用气相沉积法填充，应均匀填充，本实施例中为满填充；外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，在液芯折射率为1.44时，光纤损耗为103dB/cm，在液芯折射率为1.455时，光纤损耗100dB/cm以上，在液芯折射率大于1.47时，光纤损耗在10dB/cm以下；该联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图16。
这种情况，设置的是7对中心对称联结孔，但是其填充易产生SPR效应的物质的孔，并非是等距间隔设置，因此在后续折射率1.45附近损耗有较大波动，不适合作为光开关。
对比例4
一种双层液芯反谐振光纤，其截面示意图如图17，本实施例所述光纤，包括外包层1，以及在外包层内侧均匀分布的两层光纤孔，每层有8个孔，第一层为外管7形成的外层反谐振孔，第二层为内管8形成的内层反谐振孔。双层液芯反谐振光纤的外包层外径为80μm，外包层内径为50μm；其中，外层反谐振孔半径11μm，内层反谐振孔半径6μm，外管7和内管8的壁厚均为1.8μm；外管的外壁和外包层的内壁相切，在两个外管之间设置有内管，内管的外壁和相邻的两个外管的外壁均相切；
在8个内层反谐振孔中间隔选4个孔填充金4，金可以使用气相沉积法填充，填充应均匀，本实施例是满填充；外包层、外管7和内管8围绕形成的不规则区域为纤芯，在纤芯中填充某温度敏感液体，作为液芯5。
入射光波长为1.55μm，该填充液体在设定温度范围内，光纤材质折射率为1.45，在液芯折射率为1.445时，光纤损耗为略大于102dB/cm，在液芯折射率为1.45时，光纤损耗略大于10dB/cm左右，在液芯折射率大于1.455时，光纤损耗在10dB/cm以下。该双层液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线见图18。
该实施例的内管和外管的排布，并非是联结孔，其消光比明显低于实施例1，即效果没有实施例1好，不能作为光开关。
最后以上实施例的方法仅为较佳实施方案，并非限定本发明的保护范围，凡在本发明精神和原则之内，所做的任何修改，等同、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤为双层联结型反谐振结构，具体包括外包层、以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对-10对的中心对称联结孔，不包括7对；
所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；
在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质，填充易产生SPR效应的物质的孔的连线形成正多边形，并且每个填充易产生SPR效应的物质的孔等距间隔设置；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，根据温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤使用温度，选择在该温度下折射率等于光纤材质折射率、或等于光纤材质折射率+0.01的液体作为液芯，并且，液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率。
2.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，所述的易产生SPR效应的物质为金、银、石墨烯中的一种。
3.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据无易产生SPR材质填充的液芯联结管光纤传输的光的波段进行设置，具体设置关系式为：
tm为该谐振阶数下的联结管内管和联结管外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为光纤材质的折射率，n0为液芯的折射率。
4.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，液芯中的液体为单位温度下折射率温度系数大的液体。
5.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的光纤材质为能够产生反谐振效果的材质。
6.根据权利要求5所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的光纤材质为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。
7.根据权利要求6所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，当光纤材质为稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤能够应用传输中红外激光。
8.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，内层反谐振孔中填充的易产生SPR的材质，为满填充或填充一层，填充一层时，层厚为20nm～400nm。
9.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其感应光谱的传输带宽，通过液芯中液体、光纤材质、填充物材质进行调整。
10.权利要求1-9任意一项所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，用于温控开关，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤开关效应发生的温度为在该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率、或该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率+0.01的温度，即为在该温度下液芯的折射率小于光纤材质的折射率时，光纤为断开状态，当在该温度下液芯的折射率大于等于光纤材质的折射率时，光纤处于导通状态。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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