專利名稱：一種空氣間隙包層光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及雙包層有源光纖。 技術(shù)背景雙包層有源光纖與對(duì)應(yīng)尺寸的傳能光纖是高功率光纖激光器與放大器的核心元器件，光纖內(nèi)包層和纖芯數(shù)值孔徑的高低以及外包層材料的性能直接影響光纖的高功率激光傳輸能力。美國寶麗來公司的CN95194426. 6專利中公開了雙包層光纖的設(shè)計(jì)原理，雙包層光纖光學(xué)包層材料采用石英玻璃或低折射率涂料作為外包層，可實(shí)現(xiàn)光纖內(nèi)包層傳輸泵浦光，提高光纖輸出功率。這種雙包層有源光纖內(nèi)包層數(shù)值孔徑最高為0. 46左右，光纖在應(yīng)用過程受其低折射率涂覆材料的材料特性限制，很容易在高功率狀態(tài)下著火燃燒。常規(guī)的傳能光纖采用摻F包層，數(shù)值孔徑在0. 22左右，光纖的彎曲半徑小，損耗大；也有采用低折射率涂覆樹脂作包層來制作傳能光纖，但該樹脂材料與石英光纖結(jié)合面是光反射面，由于樹脂的耐高溫性能差，極易被激光損傷或在高溫下燃燒，造成光纖失效。空氣包層光子晶體光纖也具有高數(shù)值孔徑，其包層由均勻排布的微空氣孔組成， 空氣包層的等效折射率在1. 3左右，光纖的有效數(shù)值孔徑在0. 60至0. 8之間。空氣孔排列的空氣包層光纖內(nèi)包層為圓形，對(duì)泵浦光的耦合效率低；由于有很多的接觸點(diǎn)，使光纖損耗大；光子晶體光纖預(yù)制棒制作工藝復(fù)雜，特別是毛細(xì)管組裝光纖預(yù)制棒的技術(shù)難度大，成品率低，制作成本高，很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的空氣包層光纖，該光纖采用空氣作為光學(xué)包層，采用新型結(jié)構(gòu)的芯層，可用于改進(jìn)傳能光纖或空氣包層光子晶體光纖，簡化制作工藝，降低制作成本，提高泵浦耦合效率。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是—種空氣間隙包層光纖，所述光纖從內(nèi)到外依次由芯層、空氣包層、圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層、圓環(huán)形截面的外保護(hù)層組成；其特征在于所述芯層的截面為多邊形；所述芯層通過其多邊形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層的內(nèi)壁相接；所述內(nèi)保護(hù)層與芯層之間的空氣間隙即是作為光學(xué)包層的空氣包層。所述芯層的多邊形結(jié)構(gòu)可以是正多邊形或是異多邊形結(jié)構(gòu)。所述芯層是由中心纖芯和纖芯外部的多邊形結(jié)構(gòu)的包層共同組成。所述芯層是由多邊形結(jié)構(gòu)的纖芯直接構(gòu)成。本實(shí)用新型可帶來以下有益效果本實(shí)用新型采用空氣作為光學(xué)包層，中心的芯層結(jié)構(gòu)為正多邊形或異多邊形結(jié)構(gòu)；相比常規(guī)空氣包層光子晶體光纖，其空氣包層中與石英層的接觸點(diǎn)少，有效提高了光纖的數(shù)值孔徑并降低了光纖損耗；多邊形結(jié)構(gòu)還能提高雙包層有源光纖的包層耦合效率，是常規(guī)空氣包層不具有的功能。本實(shí)用新型的新型空氣間隙包層光纖有效數(shù)值孔徑達(dá)0. 8以上，具有高的數(shù)值孔徑、良好的抗彎曲性能、以及低的損耗，且制作工藝簡單，有利于批量生產(chǎn)。本實(shí)用新型解決了常規(guī)高能傳輸光纖及雙包層光纖的低數(shù)值孔徑與低折射率涂覆材料的耐高溫問題，可改善光子晶體光纖空氣包層結(jié)構(gòu)與性能，提高光纖生產(chǎn)效率，大大推動(dòng)了光纖在千瓦級(jí)、萬瓦級(jí)高能傳輸，高功率激光系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例的異六邊形直邊空氣包層光纖示意圖。圖2為本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例的正八邊形凹邊空氣包層摻鐿雙包層光纖示意圖。圖3為本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例的正三邊形凸邊空氣包層的傳能光纖示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。附圖1為本實(shí)用新型的第一個(gè)實(shí)施例的異六邊形直邊空氣包層摻鐿雙包層光纖， 摻鐿纖芯11的外圍是純石英六邊形內(nèi)包層12，內(nèi)包層12外是空氣包層13，其次是一層石英內(nèi)保護(hù)層14，在石英內(nèi)保護(hù)層14上覆蓋紫外固化丙烯酸樹脂外保護(hù)層15。在本實(shí)施例中，采用MCVD工藝與高溫氣相摻雜工藝制作摻鐿纖芯內(nèi)包層預(yù)制棒，棒直徑為32mm，長度 500mm ；然后把纖芯內(nèi)包層預(yù)制棒通過光學(xué)冷加工成異六邊形12 ；在纖芯預(yù)制棒外套一根石英管作為內(nèi)保護(hù)層14，直徑40mm;然在拉絲塔上拉絲，拉絲溫度1960°C左右，并控制石英管內(nèi)壓力在5 20 ，以控制空氣包層13空氣縫隙的形狀，再通過拉絲塔的速度及送棒控制內(nèi)保護(hù)層14直徑，拉絲速度在10 60m/min ；再通過傳統(tǒng)的涂覆技術(shù)，在純石英內(nèi)保護(hù)層表面涂覆紫外固化丙烯酸樹脂作為外保護(hù)層15 ；拉制內(nèi)包層直徑400μπι光纖，單根預(yù)制棒可拉絲長度為3. 2km，有效長度2. 5km。上述實(shí)施例的異六邊形直邊空氣包層摻鐿雙包層光纖，纖芯直徑25 μ m,纖芯數(shù)值孔徑(NA) 0. 06，包層外接圓直徑400 μ m,包層有效圓直徑300 μ m,包層數(shù)值孔徑0. 6左右， 內(nèi)保護(hù)層直徑480 μ m,外保護(hù)層直徑680 μ m。該光纖具有高的數(shù)值孔徑，可作為增益介質(zhì)應(yīng)用于高功率光纖激光器與放大器。附圖2為本實(shí)用新型的第二個(gè)實(shí)施例的八邊形凹邊空氣包層摻鐿雙包層光纖，摻鐿纖芯21的外圍是純石英八邊形包層22，包層22外是空氣包層23，其次是一層石英內(nèi)保護(hù)層M，在石英內(nèi)保護(hù)層M上覆蓋紫外固化丙烯酸樹脂外保護(hù)層25。在本實(shí)施例中，采用 MCVD工藝與高溫氣相摻雜工藝制作摻鐿纖芯內(nèi)包層預(yù)制棒，棒直徑為40mm，長度400mm ；然后把纖芯內(nèi)包層預(yù)制棒加工成凹邊八邊形22 ；在纖芯預(yù)制棒外套一根石英管作為內(nèi)保護(hù)層M ；然在拉絲塔上拉絲，拉絲溫度1960°C左右，并控制石英管內(nèi)壓力在5 20Pa，以控制空氣包層23空氣縫隙的形狀，再通過拉絲塔的速度及送棒控制內(nèi)保護(hù)層M直徑，拉絲速度在10 60m/min ；；再通過傳統(tǒng)的涂覆技術(shù)，在純石英內(nèi)保護(hù)層表面涂覆紫外固化丙烯酸樹脂作為外保護(hù)層25，涂覆直徑為600 μ m ；單根預(yù)制棒可拉絲長度為4km，有效長度3. 2km。上述實(shí)施例的正八邊形凹邊空氣包層摻鐿雙包層光纖，纖芯直徑30 μ m,纖芯數(shù)值孔徑(NA)O. 06，內(nèi)包層外接圓直徑400 μ m,內(nèi)包層內(nèi)切圓直徑360 μ m,內(nèi)包層數(shù)值孔徑 0. 65左右，內(nèi)保護(hù)層直徑500 μ m,外保護(hù)層直徑700 μ m。該光纖具有高的數(shù)值孔徑，可作為增益介質(zhì)應(yīng)用于高功率光纖激光器與放大器。附圖3為本實(shí)用新型的第三個(gè)實(shí)施例的正三邊形凸邊空氣包層傳能光纖，光纖以純石英為芯層31，外圍是空氣包層32，在空氣包層32外是一層石英內(nèi)保護(hù)層33，在石英內(nèi)保護(hù)層33上覆蓋紫外固化丙烯酸樹脂保護(hù)層34。在本實(shí)施例中，通過采用合成的純石英棒作為纖芯預(yù)制棒；然后把纖芯預(yù)制棒加工成凸邊三邊形31 ；在纖芯預(yù)制棒外套一根石英管作為內(nèi)保護(hù)層33 ；然在拉絲塔上拉絲，拉絲溫度1960°C左右，并控制石英管內(nèi)壓力在5 20Pa,以控制空氣包層32的空氣縫隙的形狀，再通過拉絲塔的速度及送棒速度控制內(nèi)保護(hù)層33直徑，拉絲速度在10 60m/min ；；通過傳統(tǒng)的涂覆技術(shù)，在純石英內(nèi)保護(hù)層表面涂覆紫外固化丙烯酸樹脂作為外保護(hù)層34，涂覆直徑為600 μ m。上述實(shí)施例的正三邊形凸邊空氣包層傳能光纖采用純石英作為纖芯，纖芯內(nèi)接圓直徑400 μ m,三頂點(diǎn)外接圓直徑460 μ m,數(shù)值孔徑(NA)大于0. 65。該光纖具有高入射角與高發(fā)射角，在傳能、光信號(hào)接收、光纖照明等方面有廣泛的用途。
權(quán)利要求1.一種空氣間隙包層光纖，所述光纖從內(nèi)到外依次由芯層、空氣包層、圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層、圓環(huán)形截面的外保護(hù)層組成；其特征在于所述芯層的截面為多邊形；所述芯層通過其多邊形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層的內(nèi)壁相接；所述內(nèi)保護(hù)層與芯層之間的空氣間隙即是作為光學(xué)包層的空氣包層。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種空氣間隙包層光纖，其特征在于所述芯層的多邊形結(jié)構(gòu)可以是正多邊形或是異多邊形結(jié)構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種空氣間隙包層光纖，其特征在于所述芯層是由中心纖芯和纖芯外部的多邊形結(jié)構(gòu)的包層共同組成。
4.按照權(quán)利要求3所述的一種空氣間隙包層光纖，其特征在于所述芯層是由多邊形結(jié)構(gòu)的纖芯直接構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及雙包層有源光纖。所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的空氣包層光纖，采用新型結(jié)構(gòu)的芯層，可用于改進(jìn)傳能光纖或空氣包層光子晶體光纖。所述光纖從內(nèi)到外依次由芯層、空氣包層、圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層、圓環(huán)形截面的外保護(hù)層組成；其特征在于所述芯層的截面為多邊形；所述芯層通過其多邊形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)與圓環(huán)形截面的內(nèi)保護(hù)層的內(nèi)壁相接；所述內(nèi)保護(hù)層與芯層之間的空氣間隙即是作為光學(xué)包層的空氣包層。本實(shí)用新型解決了常規(guī)高能傳輸光纖及雙包層光纖的低數(shù)值孔徑與低折射率涂覆材料的耐高溫問題，可改善光子晶體光纖空氣包層結(jié)構(gòu)與性能，提高光纖生產(chǎn)效率，大大推動(dòng)了光纖在千瓦級(jí)、萬瓦級(jí)高能傳輸，高功率激光系統(tǒng)等方面的應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B6/02GK201955489SQ20112005113
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者潘志勇 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十三研究所