[發明專利]一種空芯的復合玻璃光纖及其制備方法

有效

• 申請號: 201711157297.2
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107894629B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 楊中民;錢國權;錢奇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G02B6/032
• 分類號: G02B6/032;C03C3/17;C03B37/027
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

本發明公開了一種空芯的復合玻璃光纖及其制備方法。該空芯的復合玻璃光纖的包層為磷酸鹽玻璃，纖芯由薄的高折射率硫系半導體層和中心的空氣孔組成，光纖由外層至內層依次為磷酸鹽玻璃包層、硫系半導體層以及空氣孔。本發明空芯的復合玻璃光纖具有高的紅外透過性、大的非線性系數、大的光電導性、能產生中紅外超連續光譜以及在中遠紅外有較低損耗等特點，且穩定支持渦旋光傳輸。本發明制備方法充分利用磷酸鹽玻璃和硫系半導體纖芯材料的潤濕性，由硫系半導體纖芯材料在高溫條件下于磷酸鹽玻璃內的非貫穿孔中熱熔自然形成環狀纖芯，再用簡單的傳統拉絲法，獲得空芯的復合玻璃光纖。

技術領域

本發明屬于復合材料光纖技術領域，具體涉及支持渦旋光傳輸的空芯復合玻璃光纖及其制備方法。

背景技術

自從1980年以來，光纖在激光器、非線性光學、生物醫療、傳感領域備受青睞。近年來，隨著光纖技術的迅猛發展，人們對具有特殊功能的特種光纖需求不斷增多。如：用于高純度低串擾的軌道角動量傳輸光纖，用于高功率的中遠紅外光纖，用于全光信號處理的高非線性光纖，用于光電探測的高光電特性光纖。一般有三種思路去獲得這些高性能、多功能的特種光纖，一是組分復合光纖，將特殊性能的功能材料集成到光纖中，實現光纖多功能化；二是結構復合光纖，在光纖中設計不同結構，實現不同的特殊功能；三是組分-結構一體化復合光纖，將新結構和新材料一起集成到光纖上，實現多功能一體化。因此，光纖技術的研究已經邁進了一個較高的臺階，朝著復合化、結構化、智能化邁進，復合玻璃光纖備受關注，其在紅外傳輸、非線性領域、光電領域潛力巨大。

然而，在制備特種光纖，特別是復合材料微結構光纖工藝方面，存在很多挑戰。目前制備復合材料微結構光纖的方法主要有：高壓化學氣相沉積法、壓力輔助下的融熔填充法和擠壓法等。其中，高壓化學氣相沉積法已經被證實是微結構光纖有力的制備技術，特別是在制作半導體光纖方面，包層相當于反應場所，物質在高溫激發或者光激發條件下由氣態慢慢的沉積在管內壁，直至填滿整個空間，通過控制沉積的條件或者后期的處理，纖芯的晶態也可以被相應控制，但是制備的長度有限，而且對設備的要求相對要高；壓力輔助下的融熔填充法是先制備出微結構光纖，然后再利用高溫高壓將融熔的材料選擇性地擠壓進毛細管里，制成復合材料微結構光纖，其工藝復雜，對設備的要求也較高；擠壓法是先設計好預制棒的模具，然后將融熔的玻璃液倒入模具，再通過擠壓方式制備出預制棒，通過熱拉技術拉制成光纖，該方法設計模具比較復雜。這些制作方法制備的復合材料微結構光纖工藝復雜，而且設備要求都較高。

在通信技術方面，隨著通信技術發展，盡管時分復用、波分復用、偏振復用技術已大幅度提高了通信系統傳輸容量。然而，隨著大數據、物聯網時代的到來，人們對通信系統傳輸容量的需求劇增。因此，采用新的復用技術進一步擴容有重大意義。模式復用技術備受關注，渦旋光光通信就是模式復用之一。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種空芯的復合玻璃光纖制備方法，具體為一種支持渦旋光傳輸的空芯復合玻璃光纖。該空芯的復合玻璃光纖屬于組分-結構一體化光纖，具有高的紅外透過性、大的非線性系數、大的光電導性、能產生中紅外超連續光譜以及在中遠紅外有較低損耗等特點，且穩定支持渦旋光傳輸，可應用于紅外波段的非線性光學和傳感等領域，有利于拓寬渦旋光在紅外、非線性和傳感等方面的研究；同時，能優化環形光纖的模場面積，進一步增大非線性系數，應用前景廣闊。

本發明的目的還在于提供所述的一種空芯的復合玻璃光纖的制備方法。該制備方法充分利用磷酸鹽玻璃和硫系半導體纖芯材料的潤濕性，由硫系半導體纖芯材料在高溫條件下于磷酸鹽玻璃內的非貫穿孔中熱熔自然形成環狀纖芯，再用簡單的傳統拉絲法獲得空芯復合玻璃光纖。

本發明的目的通過如下技術方案實現。

一種空芯的復合玻璃光纖，光纖的包層為磷酸鹽玻璃，纖芯由薄的高折射率硫系半導體層和中心的空氣孔組成，光纖由外層至內層依次為磷酸鹽玻璃包層、硫系半導體層以及空氣孔；