[發(fā)明專(zhuān)利]生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的坩堝及微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011460099.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112593283A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛冬峰;陳昆峰;潘婷鈺
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): C30B15/10
• 分類(lèi)號(hào): C30B15/10;C30B15/08;C30B29/28
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 劉樂(lè)

本發(fā)明提供了一種用于微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的坩堝，所述坩堝的底部通過(guò)錐形孔與毛細(xì)管相連通；所述錐形孔的大孔位于所述坩堝底部，所述錐形孔的小孔與毛細(xì)管相連通；所述坩堝的底部為斜面；所述稀土單晶包括釓鎵石榴石單晶或摻雜釓鎵石榴石單晶。本發(fā)明設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的坩堝，靠近底端開(kāi)孔的坩堝內(nèi)壁和毛細(xì)孔采用錐形管連接設(shè)計(jì)，保障熔體流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)了可彎曲單晶光纖的可控生長(zhǎng)。本發(fā)明還提供了微下拉法中稀土單晶光纖生長(zhǎng)速率的計(jì)算方法，利用該坩堝配套溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)結(jié)合理論計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了可彎曲單晶光纖的微下拉法生長(zhǎng)，最終得到了高品質(zhì)的柔性單晶光纖。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于稀土單晶材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的坩堝、微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的方法以及微下拉法中可彎曲柔性稀土單晶光纖生長(zhǎng)速率的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)的日益更新和快速發(fā)展，對(duì)柔性光纖的研究及應(yīng)用已經(jīng)成為纖維光學(xué)發(fā)展的重要發(fā)展方向之一。高分辨率柔性光纖傳像束因其柔軟可彎曲性能好、單絲直徑細(xì)和分辨率高等優(yōu)勢(shì)，已作為高清晰度成像儀器中的核心光學(xué)器件被廣泛應(yīng)用在在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科研和軍事和航空航天領(lǐng)域中。以柔性紅外光纖傳像束作為傳輸元件，與紅外成像探測(cè)器連接，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量紅外圖像傳遞，大大降低系統(tǒng)重量和減小系統(tǒng)體積，顯著降低紅外系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)性能，可用于探測(cè)強(qiáng)電磁場(chǎng)所、危險(xiǎn)環(huán)境、狹窄空間或小孔內(nèi)物體的熱分布，在國(guó)防、醫(yī)療和工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。

由于常用氧化物玻璃長(zhǎng)波紅外多聲子吸收的緣故，其光纖傳像束無(wú)法應(yīng)用于波長(zhǎng)大于2.5μm的紅外波段。近年來(lái)，通過(guò)內(nèi)視鏡的微創(chuàng)激光醫(yī)療需要相應(yīng)的柔性光纖。目前在內(nèi)視鏡中用于激光傳輸?shù)亩酁槭⒐鈱?dǎo)纖維，因?yàn)槭⒐饫w可以安全地應(yīng)用于人體。醫(yī)療內(nèi)視鏡中用石英光纖傳輸波長(zhǎng)為1.06 μm的Nd：YAG激光及波長(zhǎng)為2.1μm的Ho：YAG激光已有報(bào)道。但波長(zhǎng)為2μm 的中紅外激光已經(jīng)達(dá)到石英光纖的傳輸極限。在照明領(lǐng)域，特種玻璃制造商肖特最新的照明技術(shù)采用剛性和柔性玻璃光纖制成的導(dǎo)光管與新穎光源結(jié)合。由于玻璃光纖具有良好的柔韌性，它們能被輕易地嵌入狹小的空間中，實(shí)現(xiàn)功能性照明和環(huán)境照明融合成一套卓越的整體解決方案。

作為稀土材料的重要分支之一，稀土晶體指稀土元素可以完整占據(jù)結(jié)晶學(xué)結(jié)構(gòu)中某一格點(diǎn)的晶體，稀土激光晶體被廣泛地應(yīng)用于光纖通訊、國(guó)防安全、民生健康等國(guó)家重點(diǎn)領(lǐng)域。在諸多類(lèi)型的晶體材料中，單晶光纖外型上秉承了玻璃光纖的高長(zhǎng)徑比和大比表面積，同時(shí)兼具晶體塊材的性能優(yōu)勢(shì)。作為激光增益介質(zhì)時(shí)，介于傳統(tǒng)體塊單晶和玻璃光纖之間，結(jié)合了單晶增益和光纖激光的核心理念，這類(lèi)新型材料不僅具有單晶優(yōu)良的光學(xué)、熱學(xué)性能，而且具有玻璃光纖激光轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)勢(shì)。相比于多聲子吸收的玻璃光纖，稀土摻雜單晶光纖的發(fā)光波段可達(dá)到～3.0μm的中紅外波段。

目前，國(guó)際上關(guān)于生長(zhǎng)單晶光纖的方法主要有兩種：激光基座加熱法和微下拉法。利用激光基座加熱法能夠生長(zhǎng)直徑幾十微米的摻雜YAG單晶作為纖芯，通過(guò)直接拉制或后處理的方式合成包層結(jié)構(gòu)，最終得到帶包層的柔性可彎曲單晶光纖。然而，由于該方法在生長(zhǎng)界面處的溫度梯度過(guò)大使得晶體質(zhì)量難以保障。而利用微下拉法生長(zhǎng)單晶光纖能夠很好地彌補(bǔ)激光基座法帶來(lái)的晶體質(zhì)量上的不足。但是，微下拉法生長(zhǎng)的單晶光纖由于最小直徑在1 mm以上，從而使得到品質(zhì)的單晶光纖是剛性的。

因此，亟待找到一種更為適宜的方式突破現(xiàn)有的生長(zhǎng)技術(shù)的桎梏，能夠得到高品質(zhì)的柔性可彎曲的單晶光纖，已成為已成為了應(yīng)用領(lǐng)域諸多前沿學(xué)者廣為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種用于微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的坩堝，本發(fā)明通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的坩堝，配套溫度場(chǎng)結(jié)構(gòu)結(jié)合理論計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了可彎曲單晶光纖的微下拉法生長(zhǎng)。

本發(fā)明提供了一種用于微下拉法生長(zhǎng)可彎曲柔性稀土單晶光纖的坩堝，所述坩堝的底部通過(guò)錐形孔與毛細(xì)管相連通；

所述錐形孔的大孔位于所述坩堝底部，所述錐形孔的小孔與毛細(xì)管相連通；