[發明專利]一種錐形微納光纖制備裝置及制備方法

有效

• 申請號: 201410332007.3
• 申請日: 2014-07-14
• 公開（公告）號: CN104153012B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 鄭建毅;張愷;鄭高峰;孫道恒;王偉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司35218
• 代理人: 巫麗青

技術領域

本發明涉及一種微納光纖的制造調控技術領域，具體涉及一種錐形微納光纖制備裝置及制備方法。

背景技術

目前光子器件的研究已經朝著器件集成化、微型化方向發展。微納光纖是制備光子器件的基本元件，如何有效減小微納光纖尺度是有源光子器件集成化、微型化的有效途徑之一。錐形微納光纖因為其直徑隨著光纖呈線性變化，其光纖錐區具有耦合、偏振、傳輸和調制特性，所以在微納光學、近場光學、光纖傳感與檢測等領域均有應用。

制備錐形微納光纖通常采用熔融拉錐法，首先需要對光纖局部加熱，當光纖加熱段處于熔融狀態時在光纖兩端施加拉力，光纖將沿軸向變細，最后形成斷面，從而得到腰部直徑為微納級別、帶有腰椎的微納光纖。熔融拉錐法具有制備過程簡單、錐形表面光滑以及制作成本低等優點，但是，光纖加熱段受熱不均導致錐形微納光纖出現不對稱結構，利用手工拉制錐形微納光纖需要操作人員具備熟練的操作技能才能制備出理想的錐形光纖，且加熱溫度、拉制速度、環境溫度和環境氣流等條件也影響拉錐的效果，輕微的環境氣流波動就會造成光纖錐區斷裂，制造過程不可控因素較多導致光纖品質波動大，難以實現規模化生產。（Tong?L?M，Gattass?R?R，Ashcom?J?B，et?al．Subwavelength-diameter?silica?wires?for?low-loss?optical?wave?guiding．Nature，2003，426(6968)：816-819）（張羽，微納光纖器件及其在全光信號處理中的應用[D]．?武漢：華中科技大學，2010年）。聚合物蘸取法也能錐形微納光纖，將單模光纖末端浸入熔融狀態的光纖聚合物中，然后快速垂直提起，此種方法制備的微納光纖品質理想，但是其單模光纖與微納光纖之間的腰椎品質很不理想。

發明內容

解決上述技術問題，本發明提供了一種錐形微納光纖制備裝置，其結構簡單，裝配方便，能夠利用靜電場力的拉伸作用對附著在棒形光纖末端的光纖原料液滴進行靜電拉伸，從而拉制出錐形微納光纖，實現快速制備出形狀高精度的錐形微納光纖。

本發明還提出一種新型的錐形微納光纖制備方法，利用靜電場力來拉伸棒形光纖制備出錐形微納光纖，通過調節靜電場力的大小可以對錐形微納光纖的錐度進行精確控制。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是，一種錐形微納光纖制備裝置，包括光纖夾具、料管、定位板、氣動裝置、環形電極、電極板和高壓電源，光纖夾具設置于料管上方，棒形光纖設置于料管內，所述棒形光纖頂端伸出料管頂部，所述棒形光纖頂端通過光纖夾具夾持固定，定位板嵌設于料管內壁，所述定位板中心開設有供棒形光纖通過的通孔，所述棒形光纖穿過該通孔并與定位板固定連接，所述料管底部連接有管口，所述棒形光纖底端伸出管口，所述料管位于定位板的上方開設有氣孔，所述氣動裝置通過氣孔與料管相連通，所述定位板上分布有多個流體通孔，所述環形電極設置在管口下方，所述電極板設置在環形電極下方，所述環形電極和電極板均與高壓電源電性連接，所述管口接地，所述管口與電極板之間形成強電場，該強電場用于拉伸懸掛在棒形光纖末端的光纖原料液滴，光纖原料在電場力的作用下在棒形光纖末端形成腰部直徑為微納級別、帶有腰椎的微納光纖，其腰椎部分就是錐形微納光纖。

進一步的，所述棒形光纖和料管同軸配合，所述定位板與料管內壁過盈配合連接，所述棒形光纖與定位板通孔過盈配合連接。

進一步的，所述環形電極包括多個環形電極，多個環形電極從上至下依次排列在管口下方，形成多層環形電極。

更進一步的，所述環形電極的個數為1-5個，每一環形電極均與高壓電源電性連接，

進一步的，所述流體通孔是采用陣列形式均勻分布在定位板上。

進一步的，還包括料管端蓋，所述料管端蓋橫截面為π形，其下部與料管內壁過盈配合固定連接，其上部與料管上端沿緊密配合。

進一步的，棒形光纖末端伸出料管管口的長度范圍為5mm~10mm。

進一步的，棒形光纖末端與管口之間的徑向間隙為50~500μm。

進一步的，料管管口內徑優選210~1500μm。

進一步的，相鄰環形電極之間的豎直距離為1cm~3cm，最底層環形電極與電極板之間的豎直距離為1cm~3cm。

進一步的，所述管口與電極板之間的豎直距離為1cm~5cm。

一種新型的錐形微納光纖制備方法，適用于上述裝置，包括以下步驟：

步驟1：將光纖原料灌入料管內，蓋好料管端蓋，保證料管內部的氣密性；