具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，包括光纖包層和纖芯，光纖包層與纖芯之間具有空氣腔，空氣腔包括主腔段以及沿光纖軸向位于主腔段兩側(cè)的過渡段；過渡段沿光纖徑向的寬度向靠近主腔段的軸向方向逐漸增大；光纖包層位于過渡段的部分包括外表層和位于外表層內(nèi)的光子晶體層，光子晶體層的厚度沿靠近主腔段的光纖軸向方向逐漸減小；纖芯位于過渡段部分的直徑向靠近主腔段的方向逐漸減?。焕w芯位于主腔段部分的直徑為亞微米級(jí)；空氣腔內(nèi)設(shè)有連接光纖包層與纖芯的支撐膜。本發(fā)明具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的過渡段及主腔段結(jié)構(gòu)，使其具有緩變的形態(tài)，在光纖內(nèi)可以形成較大的消逝場(chǎng)；從而低損、緩變地接入單模光纖系統(tǒng)。
【專利說明】具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光纖【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種微納芯徑的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有各種微結(jié)構(gòu)光纖(Micro-structured Optical Fiber)的出現(xiàn)和發(fā)展擴(kuò)展了光纖的特性，進(jìn)一步增大了光纖的應(yīng)用范圍。其中，懸掛芯光纖(Suspended core fiber)作為微結(jié)構(gòu)光纖的一類，其纖芯通過極薄的膜結(jié)構(gòu)，支撐于光纖內(nèi)部的空氣區(qū)域。相比于其他光纖，懸掛芯光纖的特點(diǎn)主要有:具有大尺度、多單元的光-物質(zhì)交疊區(qū)域，強(qiáng)的模場(chǎng)束縛能力，密封且一體的外層保護(hù)，已在光纖傳感，光纖器件等方面已獲得越來越多應(yīng)用。
[0003]在實(shí)際應(yīng)用中，懸掛芯光纖與已廣泛使用的普通單模光纖的連接不可避免，但由于懸掛芯光纖和單模光纖的導(dǎo)模模場(chǎng)在尺度和形態(tài)上的差異，兩者的直接連接通常會(huì)帶入很大的插入損耗，通常需要通過采用額外的光學(xué)、光纖器件來減小兩者間的導(dǎo)模模場(chǎng)的差另O，實(shí)現(xiàn)較低插入損耗的連接。同時(shí)，懸掛芯光纖的細(xì)小纖芯和極薄的支撐結(jié)構(gòu)在熔接時(shí)很容易產(chǎn)生熔球和塌陷現(xiàn)象，降低熔接溫度可以緩和這個(gè)問題，但是會(huì)影響到焊點(diǎn)的強(qiáng)度，這些問題限制了懸掛芯光纖的應(yīng)用。
[0004]另外，目前懸掛芯光纖主要是通過光纖拉絲塔對(duì)特定形狀的預(yù)制棒在高溫下進(jìn)行拉制而成。雖然一次可以制作的光纖長(zhǎng)度很長(zhǎng)，但工藝流程較復(fù)雜，且對(duì)設(shè)備投入要求較高。而且通常對(duì)于光纖在非傳輸方面的應(yīng)用，所需要的光纖長(zhǎng)度較短，而對(duì)光纖結(jié)構(gòu)的靈活性有較大需求，這些問題使得懸掛芯光纖在實(shí)際的使用中受到比較大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種具有較大消逝場(chǎng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、且能夠低損、緩變地與單模光纖系統(tǒng)接入的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案如下:
[0007]—種具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單兀,包括光纖包層和纖芯,所述光纖包層與纖芯之間具有空氣腔，所述空氣腔包括主腔段、以及沿光纖軸向方向分別位于主腔段兩側(cè)的過渡段；其中，
[0008]所述過渡段的光纖徑向?qū)挾扔芍髑欢蝺啥搜毓饫w軸向外延伸方向逐漸減??；
[0009]所述光纖包層位于過渡段的部分包括外表層和位于外表層內(nèi)的光子晶體層,且該光子晶體層的厚度沿靠近主腔段的光纖軸向方向逐漸減??；
[0010]所述纖芯位于過渡段部分的直徑沿光纖軸向并靠近主腔段的方向逐漸減小，所述纖芯位于位于主腔段部分的直徑為亞微米級(jí)別；
[0011]所述空氣腔內(nèi)設(shè)有連接光纖包層內(nèi)壁與纖芯的支撐膜
[0012]本發(fā)明的上述具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的過渡段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使光纖具有緩變的形態(tài)，可以完全適應(yīng)在較大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)支持單模傳播，而且由于上述結(jié)構(gòu)，在光纖內(nèi)可以形成較大的消逝場(chǎng)；并且支撐膜結(jié)構(gòu)，使光纖內(nèi)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性高，耐用性相比現(xiàn)有的懸掛芯光纖大大提升，從而低損、緩變地接入單模光纖系統(tǒng)。
[0013]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有懸掛芯光纖的缺陷，提出一種制備上述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的方法，包括如下步驟:
[0014]在光子晶體光纖上套設(shè)石英套管；
[0015]將光子晶體光纖其中一端面上的氣孔進(jìn)行全部封閉、另一端面上的氣孔進(jìn)行部分封閉；
[0016]通過光子晶體光纖端面未封閉的氣孔向光子晶體光纖內(nèi)施加0.3-2MPa的氣壓；
[0017]將光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位進(jìn)行第一次加熱處理至光子晶體光纖軟化并與石英套管熔合，并在第一次加熱的過程中將光子晶體光纖進(jìn)行第一次拉伸；
[0018]將光子晶體光纖內(nèi)施加的氣壓降低至0.11-0.5MPa，對(duì)光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位進(jìn)行第二次加熱處理，并在第二次加熱的過程中進(jìn)行第二次拉伸至形成具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元。
[0019]本發(fā)明的制備方法，以與單模光纖模場(chǎng)尺寸相近的光子晶體光纖為基材，通過在光子晶體光纖外部加裝石英套管，然后使其內(nèi)部氣孔發(fā)生選擇性膨脹的方法，將光子晶體光纖部分地轉(zhuǎn)化為具有緩變過渡區(qū)的懸掛芯結(jié)構(gòu)光纖，實(shí)現(xiàn)了靈活的制備多種懸掛芯結(jié)構(gòu)光纖，降低了懸掛芯光纖與普通單模光纖連接的插入損耗。而且在制備的過程中避免了懸掛芯結(jié)構(gòu)的管壁在高氣壓下的爆裂，通過分次加熱和拉伸實(shí)現(xiàn)了細(xì)芯徑具有了光子微單元的結(jié)構(gòu)；而且懸掛芯結(jié)構(gòu)在高氣壓下成型，在包層的光子晶體結(jié)構(gòu)坍塌前已形成很薄的薄膜支撐，因此過渡區(qū)中的模式的泄漏損耗??；而且采用本發(fā)明的上述步驟其對(duì)光纖本身的損傷較小，因此可以加工制備出更加纖細(xì)的光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得懸掛芯光纖可以在基于消逝場(chǎng)探測(cè)、傳感，和光纖非線性領(lǐng)域的應(yīng)用中大的提升其適用性；而且不需要光纖拉絲工藝，通過對(duì)現(xiàn)有光子晶體光纖內(nèi)不同氣孔組合的局部膨脹即可實(shí)現(xiàn)多種懸掛芯結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例微納芯徑的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元軸向剖面示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例微納芯徑的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元徑向剖面示意圖；
[0023]圖3為形成圖2中支撐膜前進(jìn)行部分氣孔封閉的示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例中部分封閉氣孔的示意圖；
[0025]圖5為圖4中部分封閉氣孔形成支撐膜的示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明又一實(shí)施例中部分封閉氣孔的不意圖；
[0027]圖7為圖6中部分封閉氣孔形成支撐膜的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例提供一種具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，參見圖1-2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例微納芯徑的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元軸向剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元沿光纖徑向剖面示意圖；該具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單兀結(jié)構(gòu)上包括光纖包層10、包覆于光纖包層10中的纖芯20，以及光纖包層10與纖芯20之間形成的空氣腔30，光纖包層10的內(nèi)壁上具有沿光纖徑向與纖芯20連接的支撐膜40。
[0030]其中，空氣腔30包括主腔段31和沿光纖軸向方向分別位于該主腔段31兩側(cè)的過渡段32，光纖包層10位于過渡段32的部分包括表層IOa和位于表層IOa內(nèi)的光子晶體層10b，且該光子晶體層的厚度IOb沿光纖軸向并靠近主腔段31的方向逐漸減??；過渡段32的直徑沿光纖軸向并靠近主腔段31的方向逐漸增大；纖芯20位于過渡段32的部分的直徑沿光纖軸向并靠近主腔段31的方向逐漸減小，與空氣腔30的過渡段32形成緩變的互補(bǔ)適配。
[0031]光纖其纖芯直徑為0.5-9微米，軸向長(zhǎng)度為0.5-300毫米，光纖包層10的厚度為可薄至10微米，其中空氣腔30的過渡段32的直徑為20-150微米。而纖芯20位于主腔段31部分直徑為亞微米級(jí)別，其直徑粗細(xì)均勻。
[0032]本發(fā)明的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的過渡段32和主腔段31的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使光纖具有緩變的形態(tài)，可以完全適應(yīng)在較大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)支持單模傳播，而且由于上述結(jié)構(gòu)，在光纖內(nèi)可以形成較大的消逝場(chǎng)；并且支撐膜結(jié)構(gòu)，使光纖整體穩(wěn)定性高，耐用性相比現(xiàn)有的懸掛芯光纖大大提升，從而低損、緩變地接入單模光纖系統(tǒng)。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)一步還提出采用現(xiàn)有的光子晶體光纖為原料進(jìn)行上述具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的制備方法，包括如下步驟:
[0034]S10、在光子晶體光纖上套設(shè)石英套管；
[0035]S20、將光子晶體光纖其中一端面上的氣孔進(jìn)行全部封閉、經(jīng)另一端面上的氣孔進(jìn)行部分封閉；
[0036]S30、通過光子晶體光纖一端面上未封閉的氣孔,對(duì)光子晶體光纖內(nèi)施加0.3-2MPa的氣壓；
[0037]S40、對(duì)光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位進(jìn)行第一次加熱處理至光子晶體光纖軟化并與石英套管熔合，并在第一次加熱的過程中將光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位沿軸向進(jìn)行第一次拉伸；上述過程完成后降低光子晶體光纖內(nèi)施加的氣壓至0.ll-ο.5MPa,對(duì)光子晶體光纖軟化并與石英套管熔合部位進(jìn)行第二次加熱，并在第二次加熱的過程中進(jìn)行第二次拉伸至形成上述具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元。
[0038]本發(fā)明采用光子晶體光纖進(jìn)行具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元制備時(shí)，首先在步驟Sio中對(duì)作為基材原料的光子晶體光纖上套設(shè)石英套管，因?yàn)樵诒景l(fā)明的方法步驟中生成懸掛芯的結(jié)構(gòu)需要對(duì)光纖內(nèi)部施加氣壓，并進(jìn)行熔融拉伸，而在這一操作過程中容易導(dǎo)致光纖包層高氣壓下的發(fā)生爆裂；因此采用石英套管對(duì)光子晶體光纖進(jìn)行保護(hù)。并且，在這一步驟中石英套管的尺寸和厚度必須針對(duì)光子晶體光纖的規(guī)格和結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格地選擇。[0039]進(jìn)一步地在步驟S20中對(duì)光子晶體光纖選擇性加壓，由于本身光子晶體光纖本身具有非常多的軸向貫穿光纖纖體的空氣通道，空氣通道的結(jié)構(gòu)在光子晶體光纖的兩端面上形成氣孔。而在制備懸掛芯結(jié)構(gòu)過程中需要控制光纖內(nèi)部的氣壓，因此在實(shí)施中采用氣孔封閉的做法進(jìn)行氣壓的控制，先將其中一端的氣孔全部封閉，以防止漏氣，再將另一端的氣孔進(jìn)行選擇性的封閉。本發(fā)明中進(jìn)行選擇性氣孔封閉的方式采用如下方式進(jìn)行:將一根單模光纖通過放電拉錐工藝制成尖端直徑為約I微米的光纖探針，在光纖探針尖端蘸上紫外固化膠，在40倍顯微鏡下，通過精密三維位移架下把光纖探針尖端堵住需要封閉的氣孔；然后在紫外燈下將膠固化便可以將需要封閉的氣孔封閉?；蛘哌€可以采用另一種方式進(jìn)行選擇性氣孔封閉:將光子晶體光纖需要選擇性開孔的端面用單模光纖熔接進(jìn)行全封閉，全封閉之后再用飛秒激光脈沖將熔接的單模光纖進(jìn)行軸向打孔至穿過熔接處的深度。而光子晶體光纖的另一端進(jìn)行氣孔全封閉的過程就可以將端面直接用單模光纖熔接即可封閉。在這一步驟S20中需要進(jìn)一步說明的是，進(jìn)行氣孔部分封閉之后，所留下的未封閉的氣孔的位置與所形成的支撐膜40的位置有關(guān)，因?yàn)闅饪鬃鳛橄蚬饫w內(nèi)部施加氣壓的通道，在加熱拉伸完成以后，光子晶體光纖基材位于相鄰氣孔之間的原材料會(huì)由于相鄰氣孔中氣壓的擠兌，形成上述支撐膜40的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了保證整體光纖的穩(wěn)定性，因此在生產(chǎn)制備中部分封閉氣孔后未封閉氣孔的位置可以呈幾何對(duì)稱分布?？梢詤⒁妶D3，圖3為形成圖2中支撐膜前進(jìn)行部分氣孔封閉的示意圖；圖3中進(jìn)行部分氣孔封閉后形成封閉氣孔40a和未封閉氣孔40b，其中未封閉氣孔40b的位置呈六角對(duì)稱分布，那么在制備完成之后便可以形成圖2中所示的支撐膜40位置。當(dāng)然進(jìn)一步在制備中還可以根據(jù)穩(wěn)定性和加工的需求，將光子晶體光纖的氣孔進(jìn)行部分封閉按照?qǐng)D4和圖6中所示的位置進(jìn)行，然后對(duì)應(yīng)形成圖5和圖7中支撐膜40。需要指出的是，雖然上述幾種方式中支撐膜的位置呈規(guī)則的幾何分布，實(shí)際制備中形成支撐膜40的數(shù)量和位置可以隨意，只要能保證光纖穩(wěn)定性達(dá)到要求即可。
[0040]進(jìn)一步在步驟S30采用通過光子晶體光纖還留有未封閉氣孔的端面向光纖內(nèi)部施加氣壓。施加氣壓的做法可以將上述具有未封閉氣孔的端面用AB膠密封于一個(gè)密閉氣室中，并向該密閉氣室內(nèi)充入氮?dú)?，氮?dú)馔ㄟ^未封閉的氣孔進(jìn)入至光纖內(nèi)部產(chǎn)生氣壓，當(dāng)然氣壓的大小可以采用充入氮?dú)饬窟M(jìn)行控制。
[0041]接下來步驟S40實(shí)施中，將光子晶體光纖帶有石英套管部分架在兩個(gè)反向移動(dòng)的位移平臺(tái)上并拉直之后，進(jìn)行加熱和拉伸處理。加熱的方式在操作中可以采用氫氧火焰掃描加熱的方式進(jìn)行，或者為了便于溫度控制采用電極直流放電的方式進(jìn)行加熱；并且在加熱的過程中同時(shí)將位移平臺(tái)均以一定的速度拉伸光子晶體光纖，當(dāng)光子晶體光纖與石英套管完全熔合，停止加熱及拉伸。降低密閉氣室的氣壓，之后進(jìn)行第二次加熱，和第二次拉伸至纖芯直徑為0.5-9微米，孔區(qū)寬度為20-150微米，外壁厚度薄至10微米，軸向長(zhǎng)度為
0.5-300毫米，使微納芯徑的懸掛芯光纖具有在線光子微單元即可停止。采用兩次加熱和拉伸的處理，其目的是為了限制光子晶體光纖通過一次加熱和拉伸直接生成懸掛芯結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向膨脹，以及形成上述特定的亞微米芯徑的微光子單元。
[0042]當(dāng)然，完成上述步驟獲得具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元之后，在使用時(shí)將包含懸掛芯結(jié)構(gòu)的光纖段用光纖切割刀切下，然后兩端再根據(jù)使用時(shí)的需要與單?；蚱渌饫w熔接。而且進(jìn)一步地，在石英套管與光子晶體光纖本身的包層融合之后，石英套管會(huì)形成套管殘留50，如圖1中所示的形狀和結(jié)構(gòu)，這一殘留不影響光纖的功能，當(dāng)然如果為了保證表面美觀或者使用時(shí)的方便，也可以對(duì)其進(jìn)行修飾。
[0043]采用本發(fā)明的上述方法制備的具有亞微米芯徑的微光子單元的微納芯徑的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，以與單模光纖模場(chǎng)尺寸相近的光子晶體光纖為基材，通過在光子晶體光纖外部加裝石英套管，然后使其內(nèi)部氣孔發(fā)生選擇性膨脹的方法，將光子晶體光纖部分地轉(zhuǎn)化為具有緩變過渡區(qū)的懸掛芯結(jié)構(gòu)光纖，實(shí)現(xiàn)了靈活的制備多種懸掛芯結(jié)構(gòu)光纖，降低了懸掛芯光纖與普通單模光纖連接的插入損耗。而且在制備的過程中避免了懸掛芯結(jié)構(gòu)的管壁在高氣壓下的爆裂，實(shí)現(xiàn)了細(xì)芯徑的光子微單元的制備；而且懸掛芯結(jié)構(gòu)在高氣壓下成型，在包層的光子晶體結(jié)構(gòu)坍塌前已形成很薄的薄膜支撐，因此過渡區(qū)中的模式的泄漏損耗??；而且采用本發(fā)明的上述步驟其對(duì)光纖本身的損傷較小，因此可以加工制備出更加纖細(xì)的光纖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得懸掛芯光纖可以在基于消逝場(chǎng)探測(cè)、傳感，和光纖非線性領(lǐng)域的應(yīng)用中大的提升其適用性；而且不需要光纖拉絲工藝，通過對(duì)現(xiàn)有光子晶體光纖內(nèi)不同氣孔組合的局部膨脹即可實(shí)現(xiàn)多種懸掛芯結(jié)構(gòu)。
[0044]采用本發(fā)明上述方法步驟進(jìn)行制備過程中，需要注意控制條件，因?yàn)楸景l(fā)明的微納光纖需要生成在線光子微單元的結(jié)構(gòu)，而微單元是微結(jié)構(gòu)層級(jí)，需要對(duì)生產(chǎn)和制備的工藝條件進(jìn)行嚴(yán)格的控制。
[0045]為了更加便于對(duì)本發(fā)明上述制備方法的說明和理解，以下通過多個(gè)實(shí)施例來舉例說明。本發(fā)明中用作原料的光子晶體光纖，其纖芯直徑為12微米，本身所具有的空氣通道直徑約3.5微米，空氣通道間距約7.7微米，對(duì)應(yīng)1550納米波長(zhǎng)時(shí)，模場(chǎng)直徑約10.5± I微米。用于熔接的單模光纖采用普通的ITU-TG.652規(guī)格的單模光纖，纖芯約8.2微米，對(duì)應(yīng)1550納米波長(zhǎng)時(shí)，模場(chǎng)直徑10.4±0.8微米。
[0046]實(shí)施例1
[0047]S10、將光子晶體光纖一端與單模光纖熔接，在單模光纖上離焊點(diǎn)約15微米處將單模光纖切斷。然后于40倍顯微鏡下，沿光纖軸面向?qū)⑷芙由系膯文９饫w切斷面通過飛秒激光脈沖打深度約為25微米的4個(gè)孔。
[0048]S20、將光子晶體光纖開孔端用AB膠密封于一個(gè)密閉氣室中，并將另一端再采用單模光纖熔接封閉。在氣室中充入約8個(gè)大氣壓的氮?dú)?，并控制光子晶體光纖內(nèi)部的氣壓為 0.3-2MPa。
[0049]S30、在光子晶體外套上內(nèi)徑150微米，外徑520微米，長(zhǎng)度3厘米的石英套管。
[0050]S40、將光子晶體光纖帶石英套管部分架在兩個(gè)反向移動(dòng)的位移平臺(tái)上并拉直。通過氫氧火焰以48毫米每分鐘的速度掃描加熱光纖帶套石英套管區(qū)域，同時(shí)位移平臺(tái)均以1.2毫米每分鐘的速度拉伸光纖。當(dāng)光纖被加熱區(qū)域與套管完全熔合，停止加熱及拉伸，此時(shí)加熱部分已形成四孔懸掛芯結(jié)構(gòu)。
[0051]S50、為進(jìn)一步減小纖芯直徑，將氣室氣壓降至約1.5個(gè)大氣壓，此時(shí)對(duì)應(yīng)光子晶體光纖內(nèi)的氣壓值為0.ll-ο.5MPa ;再次通過氫氧火焰以72毫米每分鐘的速度掃描加熱光纖帶石英套管區(qū)域，同時(shí)位移平臺(tái)分別向兩邊以15毫米每分鐘的速度拉伸光纖，在拉伸約
1.5分鐘后形成具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元即可停止拉伸。
[0052]實(shí)施例2
[0053]S10、將一根單模光纖通過放電拉錐工藝制成尖端直徑為約I微米的光纖探針，并在光纖探針尖端蘸上紫外固化膠，于40倍顯微鏡下，通過精密三維位移架用光纖探針尖端探針堵住作為光子晶體光纖基材的端面需要選擇性地封閉的空氣氣孔，當(dāng)然，需要留下不進(jìn)行封閉的氣孔進(jìn)行通氣，之后再在紫外燈下將膠固化。
[0054]S20、將此光子晶體光纖選擇性封閉氣孔的端面用可固化膠密封于一個(gè)密閉氣室中，并將光子晶體光纖的另一端面用另一根單模光纖熔接。并在氣室中充入約8個(gè)大氣壓的氮?dú)狻?br> [0055]S30、在光子晶體光纖外套上石英套管，石英套管內(nèi)徑150微米，外徑520微米，長(zhǎng)度3厘米。
[0056]S40、將光子晶體光纖帶石英套管部分架在兩個(gè)反向移動(dòng)的位移平臺(tái)上并拉直。通過氫氧火焰以48毫米每分鐘的速度掃描加熱光纖帶石英套管區(qū)域，同時(shí)位移平臺(tái)均以1.2毫米每分鐘的速度拉伸光纖。當(dāng)光纖被加熱區(qū)域與套管完全熔合，停止加熱及拉伸，此時(shí)加熱部分已形成六孔懸掛芯結(jié)構(gòu)。
[0057]S50、將氣室氣壓降至約1.5個(gè)大氣壓，再次通過氫氧火焰以72毫米每分鐘的速度掃描加熱光纖帶石英套管區(qū)域，同時(shí)位移平臺(tái)分別向兩邊以15毫米每分鐘的速度拉伸光纖，在拉伸約1.5分鐘后形成具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元即可停止拉伸。
[0058]實(shí)施例3
[0059]S10、光子晶體外套上石英套管，所述石英套管內(nèi)徑140微米，外徑280微米，長(zhǎng)度
0.5厘米；
[0060]S20、將光子晶體光纖需要進(jìn)行選擇性封閉的一端與一根單模光纖熔接，在這一單模光纖上離焊點(diǎn)15微米處將單模光纖切斷。然后在40倍顯微鏡下，將單模光纖斷面沿光纖軸向方向通過飛秒激光脈沖打深度為25微米的3個(gè)孔，所述孔的位置對(duì)應(yīng)圖6中淺色孔所在位置。
[0061]S30、并將上述光子晶體光纖選擇性打孔的這一端用AB膠密封于一個(gè)密閉氣室中，并將另一端與另一根單模光纖熔接，將在氣室中充入約8個(gè)大氣壓的氮?dú)狻?br> [0062]S40、將光子晶體光纖帶套管部分架在兩個(gè)反向移動(dòng)的位移平臺(tái)上并拉直，通過兩個(gè)相距約2.5毫米電極間的直流放電加熱光纖帶石英套管區(qū)域，控制放電電流為18.5毫安，同時(shí)位移平臺(tái)均以20毫米每分鐘的速度拉伸光纖。當(dāng)光纖被加熱區(qū)域與石英套管完全熔合，停止加熱及拉伸，此時(shí)加熱部分已形成三孔懸掛芯結(jié)構(gòu)。
[0063]S50、將氣室氣壓將至約1.5個(gè)大氣壓,再次以16毫安電流的放電加熱光纖帶石英套管區(qū)域，同時(shí)位移平臺(tái)分別向兩邊以20毫米每分鐘的速度拉伸光纖，在拉伸約20秒后直至形成具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元即可停止拉伸。
[0064]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，包括光纖包層和纖芯，其特征在于，所述光纖包層與纖芯之間具有空氣腔，所述空氣腔包括主腔段、以及沿光纖軸向方向分別位于主腔段兩側(cè)的過渡段；其中， 所述過渡段的光纖徑向?qū)挾扔芍髑欢蝺啥搜毓饫w軸向外延伸方向逐漸減??； 所述光纖包層位于過渡段的部分包括外表層和位于外表層內(nèi)的光子晶體層，且該光子晶體層的厚度沿靠近主腔段的光纖軸向方向逐漸減??； 所述纖芯位于過渡段部分的直徑沿光纖軸向并靠近主腔段的方向逐漸減小，所述纖芯位于位于主腔段部分的直徑為亞微米級(jí)別； 所述空氣腔內(nèi)設(shè)有連接光纖包層內(nèi)壁與纖芯的支撐膜。
2.如權(quán)利要求1所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，其特征在于，所述支撐膜沿光纖徑向設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元，其特征在于，所述纖芯位于空氣腔內(nèi)的部分的直徑為0.5-9微米；和/或 所述空氣腔的過渡段沿光纖徑向?qū)挾葹?0-150微米。
4.一種權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單兀的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 在光子晶體光纖上套設(shè)石英套管； 將光子晶體光纖其中一端面上的氣孔進(jìn)行全部封閉、另一端面上的氣孔進(jìn)行部分封閉； 通過光子晶體光纖端面未封閉的氣孔向光子晶體光纖內(nèi)施加0.3-2MPa的氣壓； 將光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位進(jìn)行第一次加熱處理至光子晶體光纖軟化，并對(duì)所述光子晶體光纖進(jìn)行第一次拉伸； 將經(jīng)第一次拉伸后的所述光子晶體光纖內(nèi)施加的氣壓降低至0.11-0.5MPa，對(duì)光子晶體光纖套設(shè)石英套管的部位進(jìn)行第二次加熱處理，并在第二次加熱的過程中進(jìn)行第二次拉伸至形成具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元。
5.如權(quán)利要求4所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的制備方法，其特征在于，所述石英套管內(nèi)徑130-300微米，壁厚50-400微米。
6.如權(quán)利要求4或5所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的制備方法，其特征在于，所述第一次加熱和/或第二次加熱處理中，采用氫氧火焰掃描或者電極直流放電方式進(jìn)行加熱。
7.如權(quán)利要求4或5所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的制備方法，其特征在于，所述第一次拉伸和/或第二次拉伸的拉伸速度控制于1-60毫米/分鐘。
8.如權(quán)利要求7所述的具有微納芯徑的懸掛芯型在線光纖微單元的制備方法，其特征在于，所述第一次拉伸的拉伸速度為1.2毫米/分鐘；和/或 所述第二次拉伸的拉伸速度為15毫米/分鐘。
【文檔編號(hào)】C03B37/025GK104007508SQ201410223306
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】靳偉, 汪超 申請(qǐng)人:香港理工大學(xué)深圳研究院