CN201909860U - 一种全固态光子带隙光纤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全固态光子带隙光纤，以二氧化硅毛细棒为中心自里向外包括：对称排列的高折射率毛细棒点阵、包层和涂覆层，二氧化硅毛细棒与高折射率毛细棒之间，高折射率毛细棒之间，以及高折射率毛细棒与包层之间无缝隙接触。采用这种高折射率毛细棒点阵包围低折射率的二氧化硅毛细棒的形式构成全固态光子带隙光纤的传输层，可以降低光纤的传输损耗，而且容易实现与普通单模光纤熔接。由于本实用新型所述全固态光子带隙光纤无须在毛细棒中设置空气孔缺陷，降低了制备难度。

Description

一种全固态光子带隙光纤

技术领域

本实用新型涉及光纤技术领域，尤其涉及一种全固态光子带隙光纤。

背景技术

1998年，巴斯大学Knight等人首先制造出蜂窝包层结构的光子带隙光纤，这种光纤包层具有蜂窝型空气孔排列结构形成光子带隙，纤芯处通过引入一个额外的空气孔形成缺陷，使纤芯的有效折射率小于包层，光被光子带隙效应限制在纤芯空气孔周围呈环形的石英区域中。光子带隙光纤具有独特的传导机制，一经出现就引起了广泛关注。

一种常见的光子带隙光纤是空芯光子带隙光纤，它的包层由三角形周期排列的空气孔构成二维光子晶体，它的纤芯通过在拉制时缺失一些毛细管形成更大的空气孔缺陷。利用二维光子晶体包层所形成的光子带隙，空芯光子带隙光纤把光约束在纤芯中传导。空芯光子带隙光纤具有空气纤芯传导模式的必要条件是在空气孔下方即有效折射率小于1的地方存在光子带隙，要求包层不仅有良好的周期结构，同时还要有非常高的占空比，这一要求增加了空芯光子带隙光纤的制备难度。而且空芯光子带隙光纤还有传输损耗高，与单模光纤不易熔接的缺点。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，提供一种全固态光子带隙光纤，传输损耗低、与单模光纤容易熔接且制备难度小。

本实用新型采用的技术方案是，所述全固态光子带隙光纤，以二氧化硅毛 细棒为中心自里向外包括：对称排列的高折射率毛细棒点阵、包层和涂覆层，二氧化硅毛细棒与高折射率毛细棒之间，高折射率毛细棒之间，以及高折射率毛细棒与包层之间无缝隙接触。

进一步的，所述高折射率毛细棒的棒芯和棒包层的直径比为1∶1.1～1∶1.5，所述高折射率毛细棒的棒芯折射率范围为：1.457～1.488。

进一步的，所述棒芯为掺杂有锗、磷或铝元素的二氧化硅基，掺杂的摩尔百分比为2～15mol％。

进一步的，所述棒包层材料为光导级的二氧化硅。

进一步的，所述包层的外径范围为：80～600微米，所述高折射率毛细棒点阵的外径尺寸为包层外径的60％～80％。

进一步的，所述二氧化硅毛细棒和高折射率毛细棒的截面为六角形、八角形或圆形，所述二氧化硅毛细棒的直径为1～20微米，所述高折射率毛细棒的直径为1～5微米。

进一步的，所述涂覆层为紫外光固化的丙烯酸酯类聚合物。

进一步的，所述涂覆层外径比包层的外径大85～200微米。

进一步的，所述二氧化硅毛细棒和包层材料均为光导级的二氧化硅。

采用上述技术方案，本实用新型至少具有下列优点：

本实用新型所述全固态光子带隙光纤，采用高折射率毛细棒点阵包围低折射率的二氧化硅毛细棒的形式构成全固态光子带隙光纤的传输层，可以降低光纤的传输损耗，而且容易实现与普通单模光纤熔接。由于本实用新型所述全固态光子带隙光纤无须在毛细棒中设置空气孔缺陷，降低了制备难度。

附图说明

图1为二氧化硅毛细棒和高折射率毛细棒的截面均为圆形时的全固态光子带隙光纤剖面结构示意图；

图2为二氧化硅毛细棒和高折射率毛细棒的截面均为圆形时的全固态光子带隙光纤剖面结构示意图；

图3为全固态光子带隙光纤的第一种制备流程图；

图4为全固态光子带隙光纤的第二种制备流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型技术方案详细说明如后。

本实用新型所述全固态光子带隙光纤的结构为，以二氧化硅毛细棒3为中心自里向外包括：对称排列的高折射率毛细棒点阵2、包层4和涂覆层1，二氧化硅毛细棒3与高折射率毛细棒之间，高折射率毛细棒之间，以及高折射率毛细棒与包层4之间无缝隙接触。

高折射率毛细棒的棒芯和棒包层的直径比为1∶1.1～1∶1.5，所述高折射率毛细棒的棒芯折射率范围为：1.457～1.488。棒芯为掺杂有锗、磷或铝等元素的二氧化硅基，掺杂的摩尔百分比通常为2～15mol％。棒包层材料为光导级的二氧化硅。

包层4的外径范围为：80～600微米，高折射率毛细棒点阵2的外径尺寸为包层4外径的60％～80％，根据实际需要而定。

二氧化硅毛细棒3和高折射率毛细棒的截面可以同时为六角形、八角形和圆形中的一种。二氧化硅毛细棒3和高折射率毛细棒的截面均为圆形时的全固态光子带隙光纤剖面结构如图1所示。二氧化硅毛细棒3和高折射率毛细棒的截面均为六角形时的全固态光子带隙光纤剖面结构如图2所示。

二氧化硅毛细棒3的直径为1～20微米，高折射率毛细棒的直径为1～5微米。

涂覆层1为紫外光固化的丙烯酸酯类聚合物。涂覆层1外径比包层4的外径大85～200微米。

二氧化硅毛细棒3和包层4均为光导级的二氧化硅。

下面介绍一下制备本实用新型所述全固态光子带隙光纤的大致过程：

第一种制备流程如下：

步骤S101，采用MCVD(modified chemical vapor deposition process，改进的化学气相沉积)工艺在光导级的SiO₂基中掺入高折射率元素锗Ge，制成高折射率的SiO₂-GeO₂棒。SiO₂-GeO₂棒的内层棒芯为SiO₂和GeO₂的混合物，棒包层材料为未掺杂的SiO₂。

步骤S102，对制成的高折射率的SiO₂-GeO₂棒的棒包层进行研磨形成圆柱形的SiO₂-GeO₂棒，且棒芯与棒包层的直径比为1∶1.3。

步骤S103，将研磨好的SiO₂-GeO₂棒经1900～2000摄氏度的高温熔融过程拉细制成直径为1毫米的高折射率毛细棒。

步骤S104，将高折射率毛细棒切割成200毫米的等长度，将它们周期排列并填满外径为25毫米，壁厚为2毫米的SiO₂外套管中。SiO₂外套管的材料也为光导级的SiO₂。

步骤S105，在SiO₂外套管的中心位置放置一根未掺杂的SiO₂毛细棒，构成掺Ge全固态光子带隙光纤预制棒。未掺杂的SiO₂毛细棒的材料也为光导级的SiO₂。

步骤S106，通过1900～2000摄氏度高温熔融过程，将掺Ge全固态光子带隙光纤预制棒拉细制成直径为125微米的全固态光子带隙光纤，涂覆层直径为245微米。

第二种制备流程如下：

步骤S201，采用MCVD工艺在光导级的SiO₂基中掺入高折射率元素磷P，制成高折射率的SiO₂-P₂O₅棒。SiO₂-P₂O₅棒的内层棒芯为SiO₂和P₂O₅的混合物，棒包层材料为未掺杂的SiO₂。

步骤S202，对制成的高折射率的SiO₂-P₂O₅棒的棒包层进行研磨形成圆柱形的SiO₂-P₂O₅棒，且棒芯与棒包层的直径比为1∶1.5。

步骤S203，将研磨好的SiO₂-P₂O₅棒经1900～2000摄氏度的高温熔融过程拉细制成直径为0.8毫米的高折射率毛细棒。

步骤S204，将高折射率毛细棒切割成150毫米的等长度，将它们周期排列并填满外径为25毫米，壁厚为2毫米的SiO₂外套管中。SiO₂外套管的材料也为光导级的SiO₂。

步骤S205，在SiO₂外套管的中心位置放置一根未掺杂的SiO₂毛细棒，构成掺P全固态光子带隙光纤预制棒。未掺杂的SiO₂毛细棒的材料也为光导级的SiO₂。

步骤S206，通过1900～2000摄氏度高温熔融过程，将掺P全固态光子带隙光纤预制棒拉细制成直径为80微米的全固态光子带隙光纤，涂覆层直径为165微米。

通过具体实施方式的说明，可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

Claims (8)

1.一种全固态光子带隙光纤，以二氧化硅毛细棒为中心自里向外包括：对称排列的高折射率毛细棒点阵、包层和涂覆层，二氧化硅毛细棒与高折射率毛细棒之间，高折射率毛细棒之间，以及高折射率毛细棒与包层之间无缝隙接触。

2.根据权利要求1所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述高折射率毛细棒的棒芯和棒包层的直径比为1∶1.1～1∶1.5，所述高折射率毛细棒的棒芯折射率范围为：1.457～1.488。

3.根据权利要求1所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述棒包层材料为光导级的二氧化硅。

4.根据权利要求1所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述包层的外径范围为：80～600微米，所述高折射率毛细棒点阵的外径尺寸为包层外径的60％～80％。

5.根据权利要求1所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述二氧化硅毛细棒和高折射率毛细棒的截面为六角形、八角形或圆形，所述二氧化硅毛细棒的直径为1～20微米，所述高折射率毛细棒的直径为1～5微米。

6.根据权利要求1所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述涂覆层为紫外光固化的丙烯酸酯类聚合物。

7.根据权利要求1或6所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述涂覆层外径比包层的外径大85～200微米。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述全固态光子带隙光纤，其特征在于，所述二氧化硅毛细棒和包层材料均为光导级的二氧化硅。 

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