[實用新型]一種金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖

有效

• 申請號: 201320657304.6
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN203551832U
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 敬承斌;郭洪;胡志高;楊平雄;褚君浩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;G02B6/032
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本實用新型涉及光電子材料和器件領域，尤其涉及一種金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖。

背景技術

長波紅外電磁波，尤其是波長處于第二大氣窗口(8-14μm)的CO₂激光在軍事和民用中占有重要地位。CO₂激光譜線豐富，在9.1-11.3微米范圍內約有140條譜線，而且譜線線寬窄，再加之CO₂激光器能量轉換效率和輸出功率較高，該激光可被應用于主動式紅外激光探測、激光生命醫療、窄禁帶半導體電子自旋調控、激光武器、激光點火、材料成型加工和長波紅外信息傳輸等領域。而用光纖傳輸長波紅外CO₂激光一直是這些應用領域的關鍵問題之一。

多年來，科學家們針對CO₂激光傳輸問題開展了紅外實芯光纖(硫化物、鹵化物和氟化物光纖)、空芯光纖和光子晶體光纖的研究。其中空芯光纖以空氣為傳輸介質，結構簡單，無終端反射。空芯光纖有泄漏型和全反射型兩種。泄漏型空芯光纖依靠金屬對光的鏡面反射實現CO₂激光的傳輸。全反射型空芯光纖是根據光由空氣射向折射率(n_r)小于1的反射膜產生全反射的原理實現CO₂激光的傳輸。

目前基于玻璃或藍寶石單晶等無機非金屬材料研究開發了鍺酸鹽玻璃、藍寶石單晶、碳化硅和氧化鍺多晶等全反射空芯光纖。其中，藍寶石單晶或玻璃是典型的脆性材料，因此，由石英玻璃毛細管和藍寶石單晶毛細管制作的全反射空芯光纖在使用中容易出現脆性斷裂。在傳輸CO₂激光時，還會因為光纖散熱不良而產生熱損傷。這些因素在一定程度上制約了玻璃或藍寶石單晶全反射空芯光纖在上述各領域中的深入應用。

石英玻璃毛細管通常被選作二氧化鍺全反射空芯光纖的主體結構，在制作階段可以通過高溫化學氣相沉積反應在石英玻璃毛細管內沉積二氧化鍺反射膜而制成光纖，目前也有采用液相沉積法在石英毛細管內沉積二氧化鍺反射膜。液相沉積后的石英毛細管再經過1115-1150攝氏度的高溫對二氧化鍺反射膜進行致密化和完善結晶化熱處理，最后得到二氧化鍺衰減全反射空芯光纖。但石英玻璃毛細管經過上千攝氏度的高溫熱處理后會脆化，在使用中更容易發生脆性斷裂。

實用新型內容

為了克服現有技術中韌性和散熱性較差等缺點，本實用新型提出了一種金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖。

一種金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖，包括：金屬毛細管；反射膜，其覆蓋在所述金屬毛細管的內表面上；空芯區，其為所述反射膜在所述金屬毛細管內圍成的空間。

本實用新型提出的金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖，所述金屬毛細管包括鎳毛細管、銅毛細管或不銹鋼毛細管。

本實用新型提出的金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖，所述反射膜為二氧化鍺。

本實用新型提出的金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖，所述反射膜的厚度不低于4微米。

本實用新型的有益效果包括：

本實用新型金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖采用金屬材料作為主體結構，金屬的韌性比玻璃高。本實用新型金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖比相同幾何尺寸的玻璃毛細管光纖等具有更好的韌性，對應光纖的最小彈性彎曲半徑較相同幾何尺寸石英玻璃毛細管二氧化鍺空芯光纖大幅度降低。

本實用新型金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖采用金屬材料作為主體結構，其導熱系數一般高出石英玻璃5-50倍，金屬毛細管空芯光纖在傳輸CO₂激光過程中的散熱性能較相同幾何尺寸的石英玻璃毛細管空芯光纖有顯著提高。

本實用新型金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖低損耗窗口不僅覆蓋9.8-11.8微米波長范圍，而且和相同或近似幾何尺寸的石英玻璃毛細管全反射二氧化鍺空芯光纖相比較，本實用新型在9.8-10.4微米波長范圍內還有更低的損耗窗口，具有更低的CO₂激光傳輸損耗。

附圖說明

圖1為本實用新型金屬毛細管衰減全反射紅外空芯光纖的結構示意圖。

圖2為實施例1中不銹鋼毛細管衰減全反射紅外空芯光纖(內直徑1.5毫米，壁厚50微米)的信號損耗譜。

圖3為實施例2中鎳毛細管衰減全反射紅外空芯光纖(內直徑1.5毫米，壁厚100微米)的信號損耗譜。

圖4為實施例3中銅毛細管衰減全反射紅外空芯光纖(內直徑1.5毫米，壁厚100微米)的信號損耗譜。