專利名稱：光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光子晶體光纖技術(shù)，特別涉及一種光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)。該預(yù)制棒結(jié)構(gòu)適用于所有需要加壓拉絲的光子晶體光纖。
背景技術(shù)：
光子晶體光纖的制備工藝一般是先將毛細(xì)管或絲拼砌在石英管中形成預(yù)制棒，然后再將預(yù)制棒在拉絲塔上經(jīng)高溫熔融拉制成光纖。但是在高溫拉絲的過程中，毛細(xì)管拼砌的微結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，這樣光子晶體光纖原有的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和性能就發(fā)生了改變。保證 毛細(xì)管的拼砌結(jié)構(gòu)以及毛細(xì)管本身的尺寸、結(jié)構(gòu)是非常重要且難度非常高的。申請(qǐng)?zhí)枮?00410042623.1的中國專利公開一種制備光子晶體光纖的方法及該方法所使用的裝置，首先在特定尺寸的玻璃套管中將毛細(xì)管排列出特定的結(jié)構(gòu)，形成光子晶體光纖預(yù)制棒，然后再通過特定裝置對(duì)光纖預(yù)制棒進(jìn)行壓力控制，即對(duì)玻璃套管抽真空、毛細(xì)管內(nèi)通入一定氣壓的氣體。該專利對(duì)玻璃套管抽真空可以在高溫拉絲時(shí)使毛細(xì)管相互融合，相對(duì)位置穩(wěn)定，在毛細(xì)管內(nèi)通入一定氣壓的氣體可以控制毛細(xì)管的尺寸，但是毛細(xì)管外的真空和毛細(xì)管內(nèi)的壓力更容易造成毛細(xì)管的脹破、變形，并且裝置操作難度大。實(shí)施該專利要求真空罩和插盤上的插孔直徑、位置和數(shù)目要與所需要的光纖中的光子晶體排列方式一致，一般組成一根光子晶體光纖預(yù)制棒的毛細(xì)管有幾百根，操作難度可想而知，并且每一種特定的光子晶體光纖都要設(shè)計(jì)制備與之相對(duì)應(yīng)的真空罩和插盤，不能適應(yīng)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)靈活多變的特性。綜上所述，光子晶體光纖預(yù)制棒的制備工藝復(fù)雜，技術(shù)難度高，理論設(shè)計(jì)的具有優(yōu)異特性的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)很難拉制成實(shí)際光纖。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于公開一種光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，該光子晶體光纖預(yù)制棒采用空心毛細(xì)管拼砌在內(nèi)套管中，并采用至少兩根相互嵌套的石英管作為光子晶體光纖毛細(xì)管的內(nèi)外套管。相互嵌套的石英管連接處完全封閉各不相通，并且內(nèi)外套管都分別預(yù)留可與壓力控制器連接的壓力連通口。此結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖預(yù)制棒在后續(xù)加壓拉絲時(shí)可分別控制內(nèi)外套管內(nèi)的壓力，從而使作用在毛細(xì)管內(nèi)與毛細(xì)管外的壓力產(chǎn)生壓力差。采用相互嵌套、各不相通、分別預(yù)留壓力連通口的石英管作為光子晶體光纖毛細(xì)管的內(nèi)外套管，可靈活、精確地控制毛細(xì)管直徑的變化情況，同時(shí)還可以控制毛細(xì)管之間空隙大小的變化情況，容易實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是一種光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于包括毛細(xì)管、內(nèi)套管、頂部封閉的石英管、內(nèi)套管壓力連通口、外套管和外套管壓力連通口，所述的毛細(xì)管為若干根拼砌在內(nèi)套管中，毛細(xì)管上端面與內(nèi)套管上端面在同一平面上，它們之間的空隙部分填充石英絲，毛細(xì)管中心位置留有纖芯，毛細(xì)管上部與內(nèi)套管上部整體融合形成一體，由內(nèi)套管下端伸出的毛細(xì)管加熱形成毛細(xì)管束，所述的頂部封閉的石英管的下端面與內(nèi)套管的上端面融接形成一體，且在頂部封閉的石英管的側(cè)面留有內(nèi)套管壓力連通口，所述的外套管由毛細(xì)管束下端嵌套，外套管下端面與毛細(xì)管束下端面在同一平面上，它們之間的空隙部分填充石英絲，外套管的側(cè)面留有外套管壓力連通口，外套管上端面和下端面分別融合封閉。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的有益效果是采用本結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖預(yù)制棒在后續(xù)加壓拉絲時(shí)，通過分別控制內(nèi)外套管內(nèi)的壓力，可以靈活、精確地控制毛細(xì)管直徑的變化情況，同時(shí)還可以控制毛細(xì)管之間空隙大小的變化情況，容易實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

圖1是毛細(xì)管與內(nèi)套管嵌套后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是內(nèi)套管和毛細(xì)管對(duì)齊端融合后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是外接封閉內(nèi)套管頂部的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是與外套管嵌套后的預(yù)制棒結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。參照?qǐng)D1、圖2、圖3和圖4，光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)包括毛細(xì)管1、內(nèi)套管2、頂部封閉的石英管6、內(nèi)套管壓力連通口 7、外套管8和外套管壓力連通口 9，毛細(xì)管I為若干根拼砌在內(nèi)套管2中，毛細(xì)管I上端面與內(nèi)套管2上端面在同一平面上，它們之間的空隙部分填充石英絲5，毛細(xì)管I中心位置留有纖芯3，毛細(xì)管I上部與內(nèi)套管2上部整體融合形成一體，由內(nèi)套管I下端伸出的毛細(xì)管I加熱形成毛細(xì)管束4，頂部封閉的石英管6的下端面與內(nèi)套管2的上端面融接形成一體，且在頂部封閉的石英管6的側(cè)面留有內(nèi)套管壓力連通口 7，外套管8由毛細(xì)管束4下端嵌套，外套管8下端面與毛細(xì)管束4下端面在同一平面上，它們之間的空隙部分填充石英絲5，外套管8的側(cè)面留有外套管壓力連通口 9，外套管8上端面和下端面分別融合封閉。光子晶體光纖預(yù)制棒的制備過程如下(一) 毛細(xì)管與內(nèi)套管的嵌套采用一根石英管作為毛細(xì)管I的內(nèi)套管2，毛細(xì)管I長度大于內(nèi)套管2長度；將毛細(xì)管I按照一定長度切割成若干根，按照光子晶體光纖所需的光子晶體結(jié)構(gòu)將若干根毛細(xì)管I拼砌在內(nèi)套管2中，中心位置預(yù)留纖芯3，使毛細(xì)管I的上端與內(nèi)套管2的上端相互對(duì)齊在同一平面上，若干根毛細(xì)管I的下端形成毛細(xì)管束4伸出內(nèi)套管下端，對(duì)齊一端的毛細(xì)管I與內(nèi)套管2之間的空隙部分用石英絲5緊密填滿。(二) 毛細(xì)管與內(nèi)套管的融合將對(duì)齊端的內(nèi)套管2連同毛細(xì)管I加熱至軟化狀態(tài)，使一定長度范圍內(nèi)的毛細(xì)管I之間以及毛細(xì)管I與內(nèi)套管2之間融合在一起，同時(shí)對(duì)伸出另一端的毛細(xì)管束4進(jìn)行加壓，以保證毛細(xì)管I的空心不會(huì)收實(shí)。(三) 外接封閉內(nèi)套管頂部在對(duì)齊端的內(nèi)套管2頂部外接一段封閉的石英管6，并在外接石英管6的側(cè)面預(yù)留一個(gè)內(nèi)套管壓力連通口 7。(四).內(nèi)套管連同毛細(xì)管與外套管的嵌套[0022]采用一根石英管作為毛細(xì)管的外套管8,外套管8長度大于內(nèi)套管2長度,外套管8內(nèi)徑等于內(nèi)套管2外徑，將伸出毛細(xì)管束4的一端裝入外套管8中，裝入深度以外套管8的上端到達(dá)毛細(xì)管I與內(nèi)套管2融合的位置為準(zhǔn)，同時(shí)使外套管8的下端面與伸出的毛細(xì)管束4的下端面在同一平面上；外套管8的下端與毛細(xì)管束4之間的空隙部分用石英絲5填實(shí)。(五).封閉外套管將與內(nèi)套管2套接處的外套管8上端面封閉，外套管8的側(cè)面預(yù)留一個(gè)外套管壓力連通口 9，外套管8的下端面封閉，形成光子晶體光纖預(yù)制棒。本結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管I的外徑為0. 5 3mm。若干根毛細(xì)管I采用相同內(nèi)徑的毛細(xì)管，或者采用兩種以上不同內(nèi)徑的毛細(xì)管。毛細(xì)管I的形狀采用六角形或圓形中的一種。毛細(xì)管I的長度為15(T300mm，內(nèi)套管2長度為100_250mm。毛細(xì)管I上部與內(nèi)套管2上部整體融 合的長度為30-60mm。實(shí)施例一 kagome型空芯光子晶體光纖預(yù)制棒的制備(一).將內(nèi)徑為0.8mm、外徑為1. Omm的圓形毛細(xì)管按照長度為200mm進(jìn)行切割，按照三角形排列結(jié)構(gòu)將它們拼砌在內(nèi)套管中，中心位置留有纖芯，內(nèi)套管內(nèi)徑為15mm，外徑為18mm,長度為100mm。毛細(xì)管I的另一端形成毛細(xì)管束5伸出內(nèi)套管,毛細(xì)管之間的空隙保留，毛細(xì)管與內(nèi)套管之間的空隙用石英絲緊密填滿，毛細(xì)管、石英絲與內(nèi)套管的一端對(duì)齊。(二).將對(duì)齊端的內(nèi)套管連同毛細(xì)管加熱軟化，加熱長度為30_，另一端對(duì)伸出的毛細(xì)管束適當(dāng)加5托的壓力。(三).在對(duì)齊端頂部接一段40mm長的石英管，石英管頂部封閉，石英管側(cè)面預(yù)留一個(gè)直徑1cm，長2cm的內(nèi)套管壓力連通口。(四).將內(nèi)套管伸出毛細(xì)管束端裝入一根內(nèi)徑18臟，外徑22mm、長180mm的外套管中，裝入深度以外套管的上端到達(dá)毛細(xì)管與內(nèi)套管融合的位置為準(zhǔn)，同時(shí)使外套管的下端面與伸出的毛細(xì)管束的下端面在同一平面上，外套管下端與毛細(xì)管束之間的空隙部分用石英絲填實(shí)。(五).將與內(nèi)套管套接處的外套管上端面用氫氧焰加熱軟化后封閉,外套管的側(cè)面預(yù)留一個(gè)直徑1cm，長2cm的外套管壓力連通口。外套管的下端面用氫氧焰加熱軟化后封閉，形成光子晶體光纖預(yù)制棒。將制備好的光子晶體光纖預(yù)制棒在拉絲塔上經(jīng)1960°C高溫拉絲，拉絲速度控制在10m/s,內(nèi)套管的壓力控制在10托，外套管的壓力控制在12托，即可拉制成外徑為125 iim的kagome型空芯光子晶體光纖。實(shí)施例二 雙包層摻鐿光子晶體光纖預(yù)制棒的制備(一).將內(nèi)徑為0.5mm、夕卜徑為1. 2mm和內(nèi)徑為0. 8mm、夕卜徑為1. 2mm的兩種六角形毛細(xì)管按照長度為300_進(jìn)行切割，按照雙包層結(jié)構(gòu)(內(nèi)徑小的拼砌內(nèi)包層區(qū)，內(nèi)徑大的拼砌外包層區(qū))將它們按照蜂窩型排列結(jié)構(gòu)拼砌在內(nèi)套管中，中心位置留有纖芯，內(nèi)套管內(nèi)徑21mm、外徑25mm，長度為150mm。毛細(xì)管的另一端形成毛細(xì)管束伸出內(nèi)套管，毛細(xì)管之間的空隙及毛細(xì)管與內(nèi)套管之間的空隙均用石英絲緊密填滿，毛細(xì)管、石英絲與內(nèi)套管的一端對(duì)齊。[0035](二).將對(duì)齊端的內(nèi)套管連同毛細(xì)管加熱軟化，加熱長度為30mm，另一端對(duì)伸出的毛細(xì)管束適當(dāng)加6托的壓力。(三).在對(duì)齊端頂部接一段40mm長的石英管，石英管頂部封閉，石英管側(cè)面預(yù)留一個(gè)直徑1cm，長2cm的內(nèi)套管壓力連通口。(四) 將內(nèi)套管伸出毛細(xì)管束端裝入一根內(nèi)徑25mm、外徑29mm、長280mm的外套
管中，裝入深度以外套管的上端到達(dá)毛細(xì)管與內(nèi)套管融合的位置為準(zhǔn)，同時(shí)使外套管的下端面與伸出的毛細(xì)管束的下端面在同一平面上，外套管下端與毛細(xì)管束之間的空隙部分用石英絲填實(shí)。(五).將與內(nèi)套管套接處的外套管上端面用氫氧焰加熱軟化后封閉，外套管側(cè)面預(yù)留一個(gè)直徑1cm，長2cm的壓力連通口，外套管的下端面用氫氧焰加熱軟化后封閉，形成光子晶體光纖預(yù)制棒。將制備好的光子晶體光纖預(yù)制棒在拉絲塔上經(jīng)1980°C高溫拉絲，拉絲速度控制在6m/s,內(nèi)套管的壓力控制在16托，外套管的壓力控制在3托，即可拉制成外徑為400 iim的雙包層摻鐿光子晶體光纖。
權(quán)利要求1.一種光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于包括毛細(xì)管(I)、內(nèi)套管(2)、頂部封閉的石英管(6)、內(nèi)套管壓力連通口(7)、外套管(8)和外套管壓力連通口(9)，所述的毛細(xì)管(I)為若干根拼砌在內(nèi)套管(2)中，毛細(xì)管(I)上端面與內(nèi)套管(2)上端面在同一平面上， 它們之間的空隙部分填充石英絲(5)，毛細(xì)管(I)中心位置留有纖芯(3)，毛細(xì)管(I)上部與內(nèi)套管(2)上部整體融合形成一體，由內(nèi)套管(2)下端伸出的毛細(xì)管(I)加熱形成毛細(xì)管束(4)，所述的頂部封閉的石英管(6)的下端面與內(nèi)套管(2)的上端面融接形成一體，且在頂部封閉的石英管(6)的側(cè)面留有內(nèi)套管壓力連通口(7)，所述的外套管(8)由毛細(xì)管束(4) 下端嵌套，外套管(8)下端面與毛細(xì)管束(4)下端面在同一平面上，它們之間的空隙部分填充石英絲(5)，外套管(8)的側(cè)面留有外套管壓力連通口(9)，外套管(8)上端面和下端面分別融合封閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的毛細(xì)管I的外徑為O. 5 3_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的若干根毛細(xì)管I采用相同內(nèi)徑的毛細(xì)管，或者采用兩種以上不同內(nèi)徑的毛細(xì)管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的毛細(xì)管(I)的形狀采用六角形或圓形中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的毛細(xì)管(I)的長度為15(T300mm，內(nèi)套管(2)長度為100_250mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的毛細(xì)管(I)上部與內(nèi)套管(2)上部整體融合的長度為30-60mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光子晶體光纖預(yù)制棒結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用空心毛細(xì)管拼砌在內(nèi)套管中，并采用至少兩根相互嵌套的石英管作為光子晶體光纖毛細(xì)管的內(nèi)外套管。相互嵌套的內(nèi)外套管連接處完全封閉各不相通，并且內(nèi)外套管都分別預(yù)留可與壓力控制器連接的壓力連通口。在光子晶體光纖預(yù)制棒加壓拉絲時(shí)分別通過壓力連通口控制內(nèi)外套管內(nèi)的壓力，從而使作用在毛細(xì)管內(nèi)與毛細(xì)管外的壓力產(chǎn)生壓力差。采用相互嵌套、各不相通、分別預(yù)留壓力連通口的石英管作為光子晶體光纖毛細(xì)管的內(nèi)外套管，可以靈活、精確地控制毛細(xì)管直徑的變化情況，同時(shí)還可以控制毛細(xì)管之間空隙大小的變化情況，容易實(shí)現(xiàn)光子晶體光纖的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C03B37/012GK202849258SQ20122048527
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者潘蓉, 寧鼎, 孫建軍, 衣永青, 高亞明, 葛欣, 趙國驍, 韓志輝, 劉笑東 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所