TWI801814B - 單模態晶體光纖製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種單模態晶體光纖製造方法，係提供一纖心，為一熔點在1900℃以上之晶體材料；以及將相同於該纖心材質之晶體材料透過浸鍍法及在真空低壓0.5托耳(torr)以下以高溫1800℃以上燒結成包覆於該纖心外層之一纖衣，使得該纖衣厚度可控制在0.05μm~10mm之間，以固態生長成完全與該纖心相同之單晶結構而無任何陶瓷成分者。藉此，本發明使用浸鍍法把同纖心材質之纖衣附著在晶體光纖上，可控制纖衣厚度，並運用真空高溫燒結，使得纖衣固態生長成完全與該纖心一樣的單晶結構，沒有任何陶瓷成分，在真空環境燒結，使晶體內之孔洞相對於常壓燒結相比達到最小最少。
Description
本發明係有關於一種單模態晶體光纖製造方法，尤指涉及一種使用浸鍍法把同纖心材質之纖衣附著在晶體光纖上，特別係指在浸鍍法後運用真空高溫燒結，使得纖衣固態生長成完全與纖心相同之單晶結構而無任何陶瓷成分者。
單模態光纖為許多應用方面之關鍵元件，例如大增益主動元件、高效率雷射與高亮度光源。對於光纖放大器而言，單模態傳輸係一個重要的方式可以避免增益之競爭。
習用技術所製作的雙纖衣光纖都是以玻璃作為製作材料。惟其具有以下缺點：
1.目前在高功率雷射注入或輸出，一般的光纖為玻璃材質無法承受高瓦數雷射注入或是輸出。
2.一般單模態光纖其單模態波段範圍極小，因為要擁有與纖心一樣的色散曲線且高折射率的玻璃纖衣幾乎沒有。
3.由於一般光纖的纖心與纖衣為玻璃材質，因此相較於晶體光纖散熱很差。
為解決上述問題，本案申請人曾研發一種採用浸鍍法將晶體包覆光纖，再置於1750℃的空氣中燒結。然而，此法之缺點為溶劑的粉末尺寸(powder size)大，而且燒結環境係操作在常壓(即1atm)下，不是真空環境，因此會燒結出一些小孔洞，旁邊也會產生陶瓷結構，導致在高瓦數使用時會引起光散射
與傳輸損耗。故，一般習用者在浸鍍法低溫燒結後，其纖衣係為陶瓷結構，無法符合使用者於實際使用時達到纖衣與纖心皆為單晶結構之所需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提供一種運用浸鍍法與真空高溫燒結，可控制纖衣厚度並使其固態生長成完全與纖心相同之單晶結構，沒有任何陶瓷成分，在真空環境燒結，使晶體內之孔洞相對於常壓燒結相比達到最小最少之單模態晶體光纖製造方法。
本發明之另一目的係在於，提供一種利用纖衣與纖心皆為晶體結構，可承受高功率雷射注入或輸出，因為纖衣與纖心為同一材質，具有相同的色散曲線，所以具有寬頻單模態範圍，適用於波長可調變單模雷射系統之單模態晶體光纖製造方法。
本發明之另一目的係在於，提供一種晶體散熱比玻璃好，所以相對於玻璃包覆光纖，能具有更好的散熱性，減少因熱效應而產生的低轉換效率之單模態晶體光纖製造方法。
本發明之另一目的係在於，提供一種製成適用於各種大小的晶體光纖，可以隨意調整纖心與纖衣大小之之單模態晶體光纖製造方法。
本發明之另一目的係在於，提供一種相對於銅電纜具有低傳輸損耗，適合高能量傳輸之單模態晶體光纖製造方法。
為達以上之目的，本發明係一種單模態晶體光纖製造方法，係至少包括下列步驟：步驟一：提供一纖心，其為一熔點在1900℃以上之晶體材料；以及步驟二：將相同於該纖心材質之晶體材料透過浸鍍法及真空高溫1800℃以上燒結成包覆於該纖心外層之一纖衣，使得該纖衣厚度可控制在0.05μm~10mm之間，以固態生長成完全與該纖心相同之單晶結構而無任何陶瓷成分者。
於本發明上述實施例中，該步驟二中該纖衣係將該纖心浸泡於同該纖心材質之溶劑中後乾燥，以浸泡、乾燥重複數次至附著在該纖心上之結晶形成所需之預燒結尺寸後，在真空低壓0.5托耳(torr)以下燒結成與該纖心相同之單晶結構者。
於本發明上述實施例中，該溶劑之粉末尺寸係在0.2μm以下。
於本發明上述實施例中，該纖心為一石榴石晶體或一藍寶石晶體(sapphire)。
於本發明上述實施例中，該石榴石晶體為釔鋁石榴石晶體(YAG)。
發明上述實施例中，該乾燥係於乾空氣中以200℃±20%之溫度進行烘烤。
於本發明上述實施例中，該單模態晶體光纖係適用於高瓦數雷射應用、寬頻單模態光纖系統應用、被動式快速散熱、光纖高能量傳輸、及高溫光纖量測頭。
於本發明上述實施例中，該高瓦數雷射為瓦數在10mW以上者。
100:單模態晶體光纖
1:纖心
2:纖衣
3:藍寶石溶劑
第1圖，係本發明單模態晶體光纖一實施例之結構示意圖。
第2圖，係本發明單模態晶體光纖之浸鍍流程圖。
請參閱『第1圖及第2圖』所示，係分別為本發明單模態晶體光纖一實施例之結構示意圖、以及本發明單模態晶體光纖之浸鍍流程示意圖。如
圖所示：本發明係一種單模態晶體光纖製造方法，所述單模態晶體光纖100，係包括一纖心1以及一纖衣2所構成。
上述所提之纖心1為一熔點在1900℃以上之晶體材料，可為一藍寶石晶體(sapphire)或一石榴石晶體，例如釔鋁石榴石晶體(YAG)。
該纖衣2係將相同於該纖心1材質之晶體材料透過浸鍍法及真空高溫燒結包覆於該纖心1之外層，使得該纖衣2厚度可控制在0.05μm~10mm之間，以固態生長成完全與該纖心1相同之單晶結構而無任何陶瓷成分者。如是，藉由上述揭露之結構構成一全新之單模態晶體光纖100。
於一實施例中，本發明所提纖心1係直徑為30μm以下之藍寶石單晶纖維。當製備晶體包覆光纖時，係使用浸鍍法把同纖心材質的纖衣附著在晶體光纖上。該浸鍍法使用之溶液，係由70wt%之純氧化鋁(Al2O3)粉末、29.9wt%之去離子水及0.1wt%之二氧化矽(SiO2)組成藍寶石溶劑，並且該藍寶石溶劑之粉末尺寸(powder size)係在0.2μm以下。所述浸鍍之流程如第2圖所示，將纖心1浸泡於同纖心材質之藍寶石溶劑3中，且於每次浸鍍後，在乾空氣中以200℃之溫度進行烘烤乾燥。為增加包覆厚度，在晶體纖心1上重複進行前述20~30次之浸鍍、乾燥，直至附著在該纖心1上之結晶形成所需之預燒結尺寸後，在真空低壓0.5托耳(torr)以下以高溫1800℃以上燒結成與該纖心1相同單晶結構之纖衣2。如此，使用浸鍍法把同纖心材質之纖衣附著在晶體光纖上，可控制纖衣2厚度，並運用真空高溫燒結，使得纖衣2固態生長成完全與該纖心1一樣的單晶結構，沒有任何陶瓷成分，在真空環境燒結，使晶體內之孔洞相對於常壓燒結相比達到最小最少。
藉此，本發明利用纖衣與纖心皆為晶體結構，可承受高功率雷射注入或輸出，因為纖衣與纖心為同一材質，具有相同的色散曲線，所以具有寬頻單模態範圍，適用於波長可調變單模雷射系統，晶體散熱比玻璃好，所以相
對於玻璃包覆光纖，能具有更好的散熱性，減少因熱效應而產生的低轉換效率。其可製成適用於各種大小的晶體光纖，可以隨意調整纖心與纖衣大小。相對於銅電纜而言，本發明所提單模態晶體光纖具有低傳輸損耗，適合高能量傳輸，可用於瓦數在10mW以上之高瓦數雷射應用、寬頻單模態光纖系統、被動式快速散熱、光纖高能量傳輸、以及煉鋼廠等高溫熔爐的溫度量測(如：高溫光纖量測頭)。
綜上所述，本發明係一種單模態晶體光纖製造方法，可有效改善習用之種種缺點，使用浸鍍法把同纖心材質之纖衣附著在晶體光纖上，可控制纖衣厚度，並運用真空高溫燒結，使得纖衣固態生長成完全與纖心一樣單晶結構，沒有任何陶瓷成分，在真空環境燒結，晶體內之孔洞會達到最小最少，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100:單模態晶體光纖
1:纖心
2:纖衣
Claims (8)
- 一種單模態晶體光纖製造方法，係至少包括下列步驟：步驟一：提供一纖心，其為一熔點在1900℃以上之晶體材料；以及步驟二：將相同於該纖心材質之晶體材料透過浸鍍法及真空高溫1800℃以上燒結成包覆於該纖心外層之一纖衣，使得該纖衣厚度可控制在0.05μm~10mm之間，以固態生長成完全與該纖心相同之單晶結構而無任何陶瓷成分者。
- 依申請專利範圍第1項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該步驟二中該纖衣係將該纖心浸泡於同該纖心材質之溶劑中後乾燥，以浸泡、乾燥重複數次至附著在該纖心上之結晶形成所需之預燒結尺寸後，在真空低壓0.5托耳(torr)以下燒結成與該纖心相同之單晶結構者。
- 依申請專利範圍第2項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該溶劑之粉末尺寸(powder size)係在0.2μm以下。
- 依申請專利範圍第1或2項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該纖心為一石榴石晶體或一藍寶石晶體(sapphire)。
- 依申請專利範圍第4項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該石榴石晶體為釔鋁石榴石晶體(YAG)。
- 依申請專利範圍第2項所述之單模態晶體光纖製造方法，該乾燥係於乾空氣中以200℃±20%之溫度進行烘烤。
- 依申請專利範圍第1項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該單模態晶體光纖係適用於高瓦數雷射應用、寬頻單模態光纖系統應用、被動式快速散熱、光纖高能量傳輸、及高溫光纖量測頭。
- 依申請專利範圍第7項所述之單模態晶體光纖製造方法，其中，該高瓦數雷射為瓦數在10mW以上者。
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Non-Patent Citations (1)
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| Mark Dubinskii, Jun Zhang, Viktor Fromzel, Youming Chen, Stuart Yin, and Claire Luo, "Low-loss ‘crystalline-core/crystalline-clad’ (C4) fibers for highly power scalable high efficiency fiber lasers," Opt. Express Vol.26,No.4,19 Feb 2018,pages 5092-5101. * |
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