[發明專利]一種微結構光纖的制備方法

有效

• 申請號: 201410125878.8
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103936276A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 陳抗抗
• 申請（專利權）人: 陳抗抗
• 主分類號: C03B37/012
• 分類號: C03B37/012
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 周艷紅;胡建平

技術領域

本發明屬于玻璃光纖的制造領域，具體地指一種微結構光纖的制備方法。

背景技術

微結構光纖（microstructured?fiber，MSF），又稱為多孔光纖（holey?fiber，HF）或光子晶體光纖（photonic?crystal?fiber，PCF），是基于光子晶體技術發展起來的新一代多功能光纖。通常所說的光子晶體光纖在石英玻璃（或其它材料）纖芯和/或包層中沿軸向規則排列著許多周期性微小氣孔，這些氣孔陣列（類似于晶體中的晶格）構成“晶格常數”為光波波長量級（約幾百到數千納米）的二維光子晶體結構，圓形氣孔的半徑一般小于“晶格常數”，晶格的排列形狀主要有三角形、六邊形、正方形、長方形、蜂窩形以及其它規則形狀等，其中以三角形和六邊形最為常見。廣義的光子晶體光纖還包括一維光子晶體光纖，即在圓形光纖芯的外緣交替地分布折射率高低不同的多層介質環，外環高低折射率介質的厚度遠小于光纖芯，又有環形光纖及環形布拉格光纖之稱。光子晶體光纖因其光子帶隙效應區別于傳統光纖的導光機理而成為近十多年來纖維光學研發領域內比較熱門的課題之一。

早在1978年，P.Yeh等人就提出了布拉格光纖的概念和理論，其結構實際上就屬于一維光子晶體光纖。最早由Russell等人于1991年提出的光子晶體光纖概念，屬于二維光子晶體光纖，其最初的設想包括兩個關鍵點：不摻雜單一石英材料和利用光子帶隙效應導光。1996年，南安普頓大學光電研究中心的Ressull和J.C.Knight等人實現了第一根具有數百個空氣孔的石英光子晶體光纖，其包層是三角形周期性排列的空氣孔，而芯層是單個空氣孔缺失的實心玻璃，該光纖相對容易地實現了光的耦合并能有效的導光，但光纖的工作未實現帶隙效應導光的設想，而是一種芯層有效折射率相對包層較高的改進型折射率波導。在隨后的工作中，他們發現這種改進型折射率波導也有許多有別于傳統折射率波導結構的特性，尤其是1997年他們實現了第一根具有無截止單模特性的光子晶體光纖，開辟了一個顯著的研究方向。Ressull等人在快速發展改進型折射率光子晶體光纖的基礎上意識到要實現帶隙效應，光子晶體光纖限制于兩個主要因素：其一是很難保證大量包層中三角形周期性排列空氣孔的一致性精度；其二是傳統理論不能直接用于光子晶體光纖的結構設計和理論分析，因而缺少一個精確的數值分析工具?；贐roeng，Ressull等人1998年采用一個精確的全矢量數值方法設計的一個簡單三角形結構，Knight等人于次年公布成功制造了第一個真正意義上的帶隙效應光子晶體光纖。自此，光子晶體光纖領域的研究工作在世界范圍內廣泛開展起來，基于微結構光纖制備工藝開展的導光機理和性能特性的研究取得了長足的進展。到2002年，光子晶體光纖的研究文獻已成為各種國內外光學會議最熱門的議題之一。2003年初，該領域已形成比較完整的理論計算模型、嚴格的產品分類、特點鮮明的性能和開拓性的應用預期。2003年至今，文獻報道主要集中在光纖性能優化、制備工藝的新進展、光纖特性的應用實驗等方面。

由于光子晶體光纖在光纖通信、光纖激光、光纖傳感器件與系統、光學檢測等領域具有重要應用價值，因而牽引了光子晶體光纖制備技術的進步，光子晶體光纖的相關研究進入一個快速的發展階段，不再停留在科研院所進行研究，而開始向產業化方向發展。2000年丹麥科技大學成立了第一個制造并出售光子晶體光纖的Crystal?Fiber公司（相關專利EP13400725，US688892，ZL200410088155.1），2001年，BlazePhotonics公司從南安普頓大學分離出來并迅速以多種類、微結構良好的光子晶體光纖產品搶占了主要市場。主流傳統光纖制造商先后也進入該研究領域，并迅速公布專利技術，比較有代表性的如Corning公布的光子晶體光纖制備工藝，尤其是針對空心帶隙光纖的制備工藝（200780014249.6）、OFS公布的Sol-Gel工藝制備光子晶體光纖的技術方案，以及古河公布的空心帶隙光子晶體光纖的產品與制備工藝。此外，還有其它眾多公司和科研院所提出了各種各樣的制備工藝。

但是，以上專利或者文獻所報道的微結構光纖的制備方法都沒有從工業化、低成本和規模生產上解決問題。截止目前，能供應商業產品的公司寥寥無幾，而且其供應段長都在公里級以下，價格昂貴。其中的原因在于，上述專利和文獻所公開的微結構光纖制備方法存在各種各樣的缺陷，如：