[發明專利]一種溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖及其應用

在審

• 申請號: 202110295499.3
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113067572A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 程同蕾;王啟明;李曙光;閆欣;張學楠;王方
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H03K17/94
• 分類號: H03K17/94;G02B6/036;G02B6/032
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 馬海芳

一種溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖及其應用，屬于光學與激光技術領域。該溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖，為雙層聯結型反諧振結構，其在外包層內側周向均布的6對?10對的中心對稱聯結孔，不包括7對；外層反諧振孔半徑內層反諧振孔半徑；在聯結管內管形成的內層反諧振孔中，選擇3個孔以上填充易產生SPR效應的物質；液芯受溫度影響的折射率變化范圍包含光纖材質的折射率。該溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖相比于傳統的光開關，其結構更為簡單，體積更小，且可以根據不同材質來設計開關溫度，能夠實現在設計中的設定溫度產生開關效應，對于光學元件開發具有非常重要的意義。

技術領域

本發明涉及光學與激光技術領域，具體涉及空芯微結構光纖和控制技術領域，特別涉及一種溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖及其應用。

背景技術

隨著技術發展，反諧振光纖已經成為了微結構光纖研究的前沿領域。反諧振光纖技術主要應用于激光傳輸、傳感，相對于傳統光纖技術，在傳輸方面具有傳輸損耗低、質量高、傳輸范圍廣，可以突破材質傳輸范圍限制等特點，在傳感方面，由于其大空芯結構在氣體和液體檢測方面也有廣闊的應用前景。

反諧振光纖根據反諧振孔排布分為單層反諧振光纖和雙層反諧振光纖，根據芯部填充物分為空心和液芯，現有的反諧振光纖有單層光纖，雙層空心光纖，這些光纖的應用為高質量光通信、激光器氣室、氣體和液體成分檢測領域。

隨著智能技術的開發，光開關應用領域越來越廣，現階段光開關多利用MZI(Mach-Zehnder Interferometer)或者多層玻璃與有機物的復合物結構，該結構復雜、體積大、部分該類產品需要供電。反諧振光纖方面，現有公開的文獻是利用空氣液化和氣化過程實現開關效應，但是由于實現需要使用液氮和加熱設備，所以實用性非常低。

其中，反諧振光纖主要是由平面波導的反諧振效應來導光，一般反諧振光纖應用都是利用反諧振效應形成的低損耗區域進行高質量信息傳輸、中紅外激光傳輸和氣體檢測，而本發明是利用反諧振區域間的過度過程，實現光開關效應。該技術對反諧振光纖應用的開發具有非常重要意義。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供了一種溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖及其應用，該溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖相比于傳統的光開關，其結構更為簡單，體積更小，且可以根據不同材質來設計開關溫度，能夠實現在設計中的設定溫度產生開關效應，對于光學元件開發具有非常重要的意義。

本發明利用液芯材料折射率隨溫度變化的特性和反諧振光纖導光原理，對傳統反諧振光纖進行設計改進。從而使得該光纖工作光譜寬，理論溫度控制精度高，可以應用于復雜和危險環境中。

本發明的一種溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖，為雙層聯結型反諧振結構，具體包括外包層、以及設置在外包層內的沿外包層內側周向均布的6對-10對的中心對稱聯結孔，不包括7對；

所述的聯結孔為聯結管外管和聯結管內管形成反諧振孔的聯結結構，聯結管外管的外壁和外包層的內壁相切，聯結管外管的外壁和聯結管內管的外壁相切；聯結管內管的中心位于聯結管外管中心和溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖中心的連線上；聯結管外管形成外層反諧振孔，聯結管內管形成內層反諧振孔，外層反諧振孔半徑內層反諧振孔半徑；

在聯結管內管形成的內層反諧振孔中，選擇3個孔以上填充易產生SPR效應的物質，填充易產生SPR效應的物質的孔的連線形成正多邊形，并且每個填充易產生SPR效應的物質的孔等距間隔設置，所述的易產生SPR效應的物質，優選為金、銀、石墨烯中的一種；

在外包層、聯結管外管和聯結管內管圍繞形成的不規則區域填充液體作為液芯，根據溫控開關效應的聯結型液芯反諧振光纖使用溫度，選擇在該溫度下折射率等于光纖材質折射率、或等于光纖材質折射率+0.01的液體作為液芯，并且，液芯受溫度影響的折射率變化范圍包含光纖材質的折射率，如光纖材質的折射率為1.45，則液芯受溫度影響的折射率變化范圍為1.43-1.47。