專利名稱：一種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于刻制光柵的摻雜光子晶體光纖的增敏方法。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖又稱為微結(jié)構(gòu)光纖或多孔光纖，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是光纖的橫截面具有周 期性的微孔結(jié)構(gòu)。它與普通單模光纖相比有三個突出的優(yōu)點(diǎn)可以在很大的頻率范圍內(nèi)支 持光的單模傳輸；允許改變纖芯面積，以削弱或加強(qiáng)光纖的非線性效應(yīng)；可靈活地設(shè)計色 散和色散斜率，提供寬帶色散補(bǔ)償。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，自1996年第一根光子晶體光纖被 研制出來，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴(kuò)大。與此同時，基于光子晶體光纖的各種光纖器件也成為 了研究的熱點(diǎn)。光纖光柵作為一種重要的光纖無源器件，在光纖通信，光纖激光器以及光纖 傳感領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在光子晶體光纖上寫入光纖光柵，對光子晶體光纖的實(shí)用化具 有重要意義。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性，通過紫外光的照射在纖芯內(nèi)形成折射率周期 性分布的空間相位光柵。光敏性是指物質(zhì)的物理或化學(xué)性質(zhì)在外部光的作用下發(fā)生暫時或 永久性改變的材料屬性。光纖光敏性的好壞直接影響在其上面制作光柵的效率及特性。高 壓載氫技術(shù)是摻雜光纖最常見的增敏技術(shù)。它是將摻雜光纖直接放入高壓的氫氣環(huán)境中， 通過高壓將氫氣分子緩慢地滲入光纖中。當(dāng)刻制光柵的時候，纖芯中游離的氫氣分子在紫 外光的作用下與摻雜元素相互作用，引起纖芯折射率的快速變化，起到了增敏的效果。氫氣分子在高壓的作用下經(jīng)過較長的載氫時間均勻擴(kuò)散到光纖的纖芯和包層中。 當(dāng)光纖從高壓的氫氣環(huán)境中取出，放置到室溫和一個大氣壓的環(huán)境里，光纖中的氫氣會由 于與外界大氣濃度的差異而逐漸逃逸出光纖。光纖中氫氣的擴(kuò)散可以分為兩個階段。第一 階段光纖包層中的氫氣首先向外界擴(kuò)撒，而纖芯中的氫氣濃度則保持不變；第二階段包 層中的氫氣繼續(xù)往外界擴(kuò)撒，而纖芯中的氫氣也開始向包層進(jìn)行擴(kuò)撒，氣體濃度有顯著的 下降。對于普通階躍型光纖來講，由于包層直徑達(dá)到數(shù)百微米，纖芯中的氫氣擴(kuò)散速度較 慢，故經(jīng)過高壓載氫的光纖其光敏性可以保持一段較長的時間通?？蛇_(dá)數(shù)天。這提供了一 個比較長的周期，有利于光柵的批量制作。而對于纖芯摻雜的光子晶體光纖來講，由于在光 纖的纖芯周圍存在大量與外界直接連通的空氣孔，纖芯中的氫氣很容易通過這些空氣孔直 接逃逸到外界環(huán)境中。對于一段纖芯直徑為微米量級的光子晶體光纖來講，只需數(shù)分鐘的 時間，纖芯中90%以上的氫氣就會逃逸出去。這給光柵的刻制帶來很大的困難。比如，通常 來講光子晶體光纖的紫外刻制時間需要數(shù)分種，這樣沒等光柵刻完，纖芯中的氫氣就基本 消失了。即便是第一根光柵刻制了出來，下一根光柵就無法繼續(xù)刻制了。所以有必要尋求 一種簡單可靠的載氫方法來解決這個問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法，它 能夠解決載氫的摻雜光子晶體光纖從高壓氫氣環(huán)境中取出后，纖芯氫氣快速逃逸導(dǎo)致光敏性驟降的問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是提出以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法，其特征在于將一根含有摻雜纖芯2和 周期性空氣孔3的光子晶體光纖1兩端與含有纖芯5的階躍型光纖4相熔接。然后將光子 晶體光纖1連同兩端的階躍型光纖4 一起放入高壓氫氣環(huán)境中進(jìn)行載氫增敏處理。所述方法包括以下步驟在載氫前先將光子晶體光纖的兩端進(jìn)行端面切平處理，再利用光纖熔接機(jī)將其兩 端分別與兩根單模階躍型光纖相熔接；隨后將熔接好的光子晶體光纖放入高壓的高純氫氣 環(huán)境中進(jìn)行載氫增敏處理。本發(fā)明帶來以下有益效果現(xiàn)有技術(shù)中，光子晶體光纖由于其包層中間的空氣孔與外界直接連通，當(dāng)光纖從 高壓氫氣環(huán)境中取出后，纖芯中的氫氣會快速從包層空氣孔中逃逸出去，使光敏性驟降。本 發(fā)明先將光子晶體光纖兩端進(jìn)行處理，然后通過高壓放電的方式與普通的階躍型光纖相熔 接。在熔接的過程中，光子晶體光纖端面上的空氣孔會發(fā)生坍塌逐漸變?yōu)橐粋€實(shí)芯光纖并 與階躍型光纖相融合。將光子晶體光纖與兩端的階躍型光纖一起放入高壓氫氣環(huán)境中。再 經(jīng)過長時間載氫，當(dāng)光纖從高壓氫氣環(huán)境中取出后，由于普通階躍型光纖中不存在空氣孔， 這樣就在光子晶體光纖的兩端形成氫氣塞，阻斷了其包層空氣孔與外界大氣的連通，從而 達(dá)到以減緩纖芯中氫氣溢出速率的目的。這樣就能夠在一段比較長的時間內(nèi)保持光纖的光 敏性。本發(fā)明的摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法與常規(guī)的光纖載氫增敏方法相比，能 夠顯著地減緩載氫光子晶體光纖從高壓氫氣環(huán)境中取出后纖芯中氫氣溢出的速率，長時間 保持載氫光子晶體光纖的光敏性。同時，由于其兩端熔接上了普通階躍型光纖，這也解決了 光子晶體光纖端面耦合難的問題，給光子晶體光纖光柵的性能測試帶來很大的方便。實(shí)驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明所述的載氫增敏法對摻雜光子晶體光纖進(jìn)行處理后， 能夠極大地提高其光敏性，并且其光敏性能夠保持?jǐn)?shù)天，顯著地延長了載氫光子晶體光纖 的使用時間。
圖1 采用本發(fā)明的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意2 本實(shí)施例中使用的光子晶體光纖的橫截面的示意3 本實(shí)施例按照本發(fā)明進(jìn)行載氫增敏后光子晶體光纖光柵透射譜
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述參見圖1，本發(fā)明將一根含有摻雜纖芯2和周期性空氣孔3的光子晶體光纖1兩端 與含有纖芯5的階躍型光纖4相熔接。然后將光子晶體光纖1連同兩端的階躍型光纖4 一 起放入高壓氫氣環(huán)境中進(jìn)行載氫增敏處理。光子晶體光纖1可為包層空氣孔為任意排列形狀的多孔結(jié)構(gòu)實(shí)芯摻雜光子晶體 光纖。
光子晶體光纖纖芯2中的摻雜元素可為多種在紫外光照射下能夠和氫氣發(fā)生反 應(yīng)，引起纖芯折射率變化的元素，例如鍺、鉺、鐿等。階躍型光纖4可為外徑尺寸與光子晶體光纖1相匹配的各種石英階躍型光纖。光子晶體光纖1以及兩端階躍型光纖4可長可短，由具體的使用情況而定。本具體實(shí)施例所采用的光子晶體光纖包層外徑為125iim，空氣孔直徑2. 65 u m, 空氣孔間距4. 518 ii m,纖芯直徑4. 14 u m,纖芯折射率n = 1. 457，是摻雜有一定量鍺的石 英。其橫截面如圖2所示。首先利用紫外光在該光纖上直接刻寫光柵，在形成微小的反射 峰后，經(jīng)過長時間照射其反射率一直不能提高，最后測得反射率約為0. 28%，換算成折射率 變換量約為10-6量級，該光子晶體光纖的光敏性達(dá)不到光柵制作要求。為了提高該光子晶體光纖的光敏性，我們按照本發(fā)明所述方法對其進(jìn)行載氫增敏 處理。即在載氫前先將10cm長的光子晶體光纖的兩端進(jìn)行端面切平處理，再利用具有手動 對準(zhǔn)功能的光纖熔接機(jī)將其兩端分別與兩根約lm長的標(biāo)準(zhǔn)1060nm波長的單模階躍型光纖 相熔接。測試表明其單點(diǎn)熔接損耗小于ldB。隨后我們將熔接好的光子晶體光纖放入15MPa 的高純氫氣環(huán)境中室溫載氫一周。載氫完成后，我們將其從高壓氫氣環(huán)境中取出，放置在室 溫的大氣環(huán)境中。在經(jīng)過24小時的放置后，我們利用248nm的準(zhǔn)分子激光器通過相位掩模 法在其上面刻制Bragg光纖光柵。相位板的周期為729nm，激光器的輸出能量設(shè)置為8mJ， 脈沖頻率為150Hz，光柵的長度為20mm。與此同時，我們將光子晶體光纖兩端的階躍型光纖 接入到光柵測試系統(tǒng)中對光柵的光譜進(jìn)行實(shí)時地監(jiān)測。在經(jīng)過約8分鐘的照射后，測得光 柵中心波長為1058. 65nm，反射率大于99%，折射率變化量約為10_4量級。其光柵透射譜 如圖3所示。
權(quán)利要求
一種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法，其特征在于將一根含有摻雜纖芯(2)和周期性空氣孔(3)的光子晶體光纖(1)兩端與含有纖芯(5)的階躍型光纖(4)相熔接；然后將光子晶體光纖(1)連同兩端的階躍型光纖(4)一起放入高壓氫氣環(huán)境中進(jìn)行載氫增敏處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法，其特征在于其包 括以下步驟在載氫前先將光子晶體光纖的兩端進(jìn)行端面切平處理，再利用光纖熔接機(jī)將其兩端分 別與兩根單模階躍型光纖相熔接；隨后將熔接好的光子晶體光纖放入高壓的高純氫氣環(huán)境 中進(jìn)行載氫增敏處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于刻制光柵的摻雜光子晶體光纖的增敏方法。所要解決的技術(shù)問題在于提供一種摻雜光子晶體光纖的載氫增敏方法，它能夠解決載氫的摻雜光子晶體光纖從高壓氫氣環(huán)境中取出后，纖芯氫氣快速逃逸導(dǎo)致光敏性驟降的問題。其特征在于將一根含有摻雜纖芯(2)和周期性空氣孔(3)的光子晶體光纖(1)兩端與含有纖芯(5)的階躍型光纖(4)相熔接。然后將光子晶體光纖(1)連同兩端的階躍型光纖(4)一起放入高壓氫氣環(huán)境中進(jìn)行載氫增敏處理。實(shí)驗結(jié)果表明，采用本發(fā)明所述的載氫增敏法對摻雜光子晶體光纖進(jìn)行處理后，能夠極大地提高其光敏性，并且其光敏性能夠保持?jǐn)?shù)天，顯著地延長了載氫光子晶體光纖的使用時間。
文檔編號G02B6/255GK101852885SQ20091004856
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者沙劍波, 高侃 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所