[發(fā)明專利]光纖中微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN111069778B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖起榕;閆平;鞏馬理;田佳丁
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;B23K26/352;B23K26/70
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明實施例提供了一種光纖中微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法及系統(tǒng)，通過目標(biāo)光纖傳輸目標(biāo)激光與外部加熱相結(jié)合，使得目標(biāo)光纖上預(yù)設(shè)位置處的光纖物質(zhì)在被加熱處對目標(biāo)激光產(chǎn)生所需程度的吸收，從而實現(xiàn)目標(biāo)激光對目標(biāo)光纖的加工，在被加熱處附近產(chǎn)生原本不存在于目標(biāo)光纖中的微結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施例中提供的光纖上微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法極大地簡化了傳統(tǒng)的光纖上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)的方法，提升了目標(biāo)光纖中目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及微結(jié)構(gòu)光纖技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及光纖中微結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖是一種具有光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的絲線，利用光纖可以將光約束在像水管那樣的通道中傳播。

微結(jié)構(gòu)光纖是一種新型光纖，在光纖上存在微結(jié)構(gòu)，使得此種光纖具有許多獨特特性。光纖上存在的微結(jié)構(gòu)，是指物理上依附于光纖而存在的、但并不屬于通常意義上的“纖芯/包層”結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)。即微結(jié)構(gòu)可以是在光纖上僅占據(jù)長度方向有限長度的空腔(空腔內(nèi)可以存在氣體或沒有氣體)、金屬顆粒、金屬半導(dǎo)體混合物顆粒、聚合物顆粒、液體團(tuán)、以上及其他物質(zhì)組合的顆粒或團(tuán)；微結(jié)構(gòu)也可以是沿著光纖長度方向分布相當(dāng)長距離的上述結(jié)構(gòu)，如光子晶體光纖上的空腔通道。微結(jié)構(gòu)可以是本身參與構(gòu)成光纖的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，也就是說，微結(jié)構(gòu)在理論上被認(rèn)為有助于將光約束在一定空間范圍之內(nèi)傳播。微結(jié)構(gòu)在垂直于光纖方向的橫截面上的最大物理尺寸不超過1厘米。

微結(jié)構(gòu)可以存在于光纖內(nèi)部(即完全被組成光纖的物質(zhì)所覆蓋，不與外部環(huán)境接觸)，也可以處于光纖表面，與外部環(huán)境接觸(對于實心微結(jié)構(gòu)如金屬小球等)或者連通(對于空心微結(jié)構(gòu)如空腔等)。微結(jié)構(gòu)可以在光纖上重復(fù)分布，例如，一根光纖上排列著多個金屬小球，此時，每個小球被認(rèn)為是一個微結(jié)構(gòu)。又例如，光子晶體光纖上沿著光纖方向有多根空腔通道，每根空腔通道都可以被認(rèn)為是一個微結(jié)構(gòu)。

與電子芯片類似，也可以在光纖中，通過設(shè)計特定的微結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)對光的性質(zhì)的調(diào)控和變換。例如，空腔微結(jié)構(gòu)光纖可以被用作基于法布里珀羅(Fabry-Perot)干涉原理的傳感器，實現(xiàn)對溫度、應(yīng)力、濕度、折射率等參數(shù)的傳感；還可以利用微結(jié)構(gòu)光纖透射譜的特殊形狀作為波長濾波器(edgefilter)，甚至可以將微結(jié)構(gòu)光纖用作特殊場景下的細(xì)胞采樣(cellcollection)、藥物傳遞(drugdelivery)等。金屬、半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)光纖則被認(rèn)為可能在太陽能、全光信息處理(即“光芯片”)等場景發(fā)揮應(yīng)用。

為了在光纖上產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)，制造出微結(jié)構(gòu)光纖，現(xiàn)有技術(shù)手段大體可以分為三類。第一類被稱為“自上而下”(top-down)的方法，其特點是利用已經(jīng)完整制成的、還沒有所需微結(jié)構(gòu)的光纖，以一定手段去除光纖的部分材料和結(jié)構(gòu)，在光纖上形成所需的微結(jié)構(gòu)。這種手段的發(fā)展目前已經(jīng)形成一套原理上較為固定的流程。

例如，對于在光纖的內(nèi)部產(chǎn)生(含有氣體或者不含氣體的)空洞型微結(jié)構(gòu)，其過程以及采用的裝置如圖1所示。首先在完整的光纖11的一端纖芯位置13產(chǎn)生一定的凹陷形狀14。光纖11的一端纖芯位置是否產(chǎn)生凹陷形狀的判斷依據(jù)是：能夠在后續(xù)步驟完成時，使得所需的空洞型微結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在光纖內(nèi)部。這一凹陷形狀可以由激光微加工提供，如圖1中的激光微加工系統(tǒng)12照射光纖11的一端纖芯位置13，直至生成凹陷形狀14。凹陷形狀也可以由化學(xué)腐蝕、離子刻蝕、熔接另一段已經(jīng)有凹陷結(jié)構(gòu)的光纖，如空心光纖、毛細(xì)管、光子晶體光纖等來提供。然后通過熔接設(shè)備16將帶有凹陷形狀14的光纖11與另一根光纖15進(jìn)行熔接，使得凹陷形狀14被埋入光纖11和光纖15之間，形成空洞型微結(jié)構(gòu)17。空洞型微結(jié)構(gòu)17中是否含有氣體，取決于以上過程是否發(fā)生在真空中，也取決于光纖本身的材料是否在熔接過程中釋放了氣體，具體情況較為復(fù)雜。如果只需在光纖的表面產(chǎn)生與外部環(huán)境(如空氣、真空、浸泡的液體等)連通的空洞型微結(jié)構(gòu)，則可無需將光纖11與光纖15進(jìn)行熔接，而直接將凹陷形狀14作為空洞型微結(jié)構(gòu)即可。