一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不同錐腰的Ge?Sb?Se硫系拉錐光纖的制備方法，利用特定的、易于操作的拉錐裝置實現(xiàn)Ge?Sb?Se硫系拉錐光纖的拉制，拉錐時，夾具的第一夾板和第二夾板在磁力作用下吸合并通過兩條軟質(zhì)橡膠條壓緊光纖，對光纖的定位效果好，在不損傷光纖的同時可確保拉錐過程的順利進行；此外，步進電機可控制光纖的拉錐速度，加熱裝置的加熱面積可調(diào)，從而可相應加熱不同長度的光纖區(qū)域，實現(xiàn)不同錐腰的Ge?Sb?Se硫系拉錐光纖的拉制，加熱裝置的控溫精度為0.1℃，其三維位置由三維平移臺調(diào)整，可提高對光纖加熱的精確度。本發(fā)明方法步驟簡單，易于操作，其錐區(qū)外徑可控，可達到微納米量級，纖芯直徑可達到700~2000μm，錐區(qū)長度為3~20 mm，錐區(qū)長度相比于傳統(tǒng)的拉錐光纖大幅減少。
【專利說明】
一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于光器件制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及拉錐光纖的制備方法，具體為一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]拉錐是一種重要的光纖后處理技術(shù)，利用拉錐改變光纖的直徑、形狀以及實現(xiàn)多根光纖間光場的耦合制作的器件具有性能穩(wěn)定、工藝簡單等特點，常用于耦合器、波分復用器和合束器等光纖器件的制作。并且光纖拉錐可靈活控制光纖的色散和非線性大小，使其零色散點往短波迀移，適應短波長激光栗浦，從而實現(xiàn)全光纖化的中紅外超連續(xù)譜光源。當光纖拉錐區(qū)域的纖芯直徑達到微納米數(shù)量級時，超短脈沖傳輸?shù)皆搮^(qū)域，脈沖達到非常高的功率密度，可產(chǎn)生超強的非線性效應，更容易在低閾值抽運功率下產(chǎn)生超連續(xù)譜(SC)輸出。隨著近幾年拉錐理論的發(fā)展及拉錐工藝的改進，拉錐光纖的直徑可達到微納米量級，在諸如微光波導的耦合及超連續(xù)譜的產(chǎn)生等新的領(lǐng)域得到應用。
[0003]目前，國內(nèi)外相當成熟的拉錐光纖主要是可見光波段的石英玻璃拉錐光纖，已報道的石英玻璃光纖拉錐方法包括:兩步拉伸法、自調(diào)節(jié)拉伸法、塊狀玻璃拉制、CO2激光器加熱拉制和電極加熱拉制，其中，兩步拉伸法是第一種被報道的拉制方法，拉制的石英微納光纖最小直徑為50nm;自調(diào)節(jié)拉伸法在目前的方法中可獲得最小直徑為20nm左右的石英基質(zhì)光纖;CO2激光器加熱拉制可以克服使用火焰加熱帶來的氣流影響，拉制的石英玻璃光纖直徑為3000?4000nm;電極加熱拉制，目前可以拉制出最長的石英玻璃微納光纖最小直徑為900nm。以上方法各有優(yōu)缺點，所拉制的石英玻璃微納光纖在幾何參數(shù)和傳輸模式等方面也有一定的差異。
[0004]雖然國際上石英光纖拉錐得到廣泛應用，但硫系玻璃極寬的紅外透過范圍和高的非線性使得硫系玻璃基質(zhì)的拉錐光纖成為中紅外SC的首選材料。目前，由于硫系玻璃光纖軟化點遠遠低于石英，而且材料質(zhì)地較脆，機械性能差，加熱易氧化，制備困難等原因，上述石英玻璃光纖拉錐方法并不適合硫系光纖。近幾年，國外已有關(guān)于硫系光纖拉錐研究進展的一些報道，如2013年愛德華.Ginzton實驗室和斯坦福大學的Charles ff.Rudy等人使用As2S3硫系光纖拉錐，光纖從最初直徑7μπι減小到2.3μπι得到2.2μπι?5μπι的超連續(xù)譜;2014年美國佛羅里達大學Soroush Shabahang等人報道了As2Se1.5S1.5/As2S3復合材料的硫系拉錐光纖特性，經(jīng)過拉錐得到的最小直徑是500nm; 2015年澳大利亞國立大學CUDOS報道了Ge12As24Se64ZiGe1OAs24S66階躍型硫系玻璃光纖拉錐，采用的方法是將光纖的兩段固定，在光纖中部下方加熱軟化，使用步進電機反向運動，制得硫系玻璃拉錐光纖。以上所采用的硫系玻璃含有As有毒成分，加熱拉制過程中易產(chǎn)生揮發(fā)氣體對身體造成損害，所報道的硫系玻璃光纖拉錐方法的可控性差、效率低，再加上硫系玻璃光纖特有的機械強度低、易斷裂、加熱時易氧化等問題，嚴重制約了硫系玻璃拉錐光纖的制備效率和質(zhì)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單、可操作性強、重復性好、加熱區(qū)可變、精確度高的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，能夠拉制不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖，且其錐區(qū)外徑可控，可達到微納米量級;經(jīng)本方法制備得到的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖具有結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、長度短、直徑細、拉錐損耗低、有效模場面積減小等特點。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，包括如下步驟:
1)在惰性氣體氣氛保護環(huán)境下將柱狀Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖預制棒置于光纖拉絲塔上，加熱拉制成外徑為幾百微米的Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖；
2)準備一套拉錐裝置，所述的拉錐裝置包括步進電機、夾具、三維平移臺和加熱裝置，所述的夾具用于夾緊Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖的兩端，所述的步進電機用于控制Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖的拉錐速度，所述的加熱裝置用于加熱Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖，所述的加熱裝置的加熱面積可調(diào)，所述的加熱裝置安裝在所述的三維平移臺上，所述的加熱裝置的加熱溫度通過控溫精度為0.1 °C的溫控箱控制，所述的三維平移臺用于調(diào)整所述的加熱裝置的三維位置;所述的夾具包括兩個夾緊單元，每個所述的夾緊單元包括底座、第一夾板和第二夾板，所述的底座與所述的步進電機的輸出端相連，所述的第一夾板固定在所述的底座的頂部，所述的第二夾板鉸鏈連接在所述的第一夾板上，所述的第一夾板的頂部設(shè)有上凸的凸臺，所述的凸臺的上端開設(shè)有凹槽，所述的第二夾板的底部固設(shè)有與所述的凹槽相適配的軟質(zhì)橡膠條，所述的第一夾板的頂部固設(shè)有第一磁鐵，所述的第二夾板的底部固設(shè)有與所述的第一磁鐵相適配的第二磁鐵，所述的第一磁鐵與所述的第二磁鐵的磁極相反，所述的第二夾板合攏時，所述的軟質(zhì)橡膠條覆蓋在所述的凹槽的長度方向，所述的第一磁鐵與所述的第二磁鐵磁力吸合；
3)截取長度為幾十厘米的一段Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖，并將該光纖放置在夾具上，使光纖的兩端分別嵌入兩個所述的凹槽內(nèi)，合攏所述的第二夾板，第一夾板和第二夾板在磁力作用下吸合并通過兩條所述的軟質(zhì)橡膠條壓緊光纖，再選定光纖上的加熱區(qū)域，調(diào)節(jié)確定所述的加熱裝置的加熱面積，并通過所述的三維平移臺合理調(diào)整所述的加熱裝置的三維位置；
4)開啟并設(shè)定加熱裝置的加熱溫度，對光纖上的加熱區(qū)域進行加熱，當加熱溫度達到Ge-Sb-Se硫系玻璃的軟化溫度(一般在150?300 °C)時，調(diào)節(jié)所述的溫控箱以I °C/min的速率升溫使加熱裝置的加熱溫度升至Ge-Sb-Se硫系玻璃的軟化溫度以上30?80 V ；
5)Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖受熱軟化后，立即啟動步進電機進行拉錐牽引，將牽引速度控制在0.005?5.000 mm/s，牽引過程中加熱裝置的加熱溫度保持不變，隨著拉錐牽引的進行，光纖上的加熱區(qū)域被拉細、拉長，成為拉錐光纖，拉錐光纖的錐區(qū)外徑和長度逐漸改變，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑接近目標范圍時，逐漸減慢牽引速度，確保最細拉錐處平穩(wěn)，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑達到目標范圍時，停止牽引，得到拉錐光纖；
6)立即調(diào)節(jié)三維平移臺，移開加熱裝置，調(diào)節(jié)溫控箱的溫度使溫度緩慢降至室溫，在拉錐光纖的下方放置一三維光學調(diào)整架，將載玻片平放在該三維光學調(diào)整架上方，使載玻片的上表面平行于拉錐光纖，然后通過該三維光學調(diào)整架緩慢升高載玻片，使載玻片的上表面剛好與拉錐光纖接觸，最后將拉錐光纖的兩端固定在載玻片上，即完成Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備。
[0007]作為優(yōu)選，所述的加熱裝置包括多塊金屬塊、兩根陶瓷電阻棒和感溫線，每塊所述的金屬塊通過連桿與所述的三維平移臺相連，每塊所述的金屬塊上開設(shè)有兩個電阻棒安裝孔、一個溫感線安裝孔和一個螺紋孔，所述的兩根陶瓷電阻棒的一端分別可拆卸地插設(shè)在所述的兩個電阻棒安裝孔內(nèi)，所述的兩根陶瓷電阻棒的另一端連接有電源，所述的感溫線的一端可拆卸地插設(shè)在所述的溫感線安裝孔內(nèi)，所述的感溫線的另一端與所述的溫控箱電氣連接，所述的連桿與所述的金屬塊螺紋連接，每塊所述的金屬塊的前端一體設(shè)置有加熱區(qū)，所述的加熱區(qū)的前側(cè)開設(shè)有用于容納光纖上的加熱區(qū)域的橫向通槽，所述的多塊金屬塊上的橫向通槽的寬度各異，通過選用不同的金屬塊，即可對所述的加熱裝置的加熱面積進行相應調(diào)節(jié)，拉錐過程中，光纖上的加熱區(qū)域位于所述的橫向通槽內(nèi)。該加熱裝置配有多塊金屬塊，多塊金屬塊上的橫向通槽的寬度各異，在實際應用中，可根據(jù)對加熱面積的要求靈活選用不同的金屬塊，以滿足不同長度、不同外徑、不同錐腰的光纖的拉錐需要。
[0008]作為優(yōu)選，所述的多塊金屬塊上的橫向通槽的寬度范圍為3?10mm。進一步地，所述的橫向通槽的寬度為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、8 mm或10 mm，模塊化設(shè)計的金屬塊為拉錐操作帶來了極大便利。
[0009]作為優(yōu)選，所述的多塊金屬塊為銅塊、銅合金塊、鋁塊或鋁合金塊，也可以采用其他導熱性較好的金屬塊。
[0010]作為優(yōu)選，所述的拉錐裝置的外圍安裝有透明的防護罩，所述的防護罩具有活動式頂蓋，步驟4)和步驟5)在所述的防護罩的防護下進行。拉錐過程中受熱軟化的光纖較細，防護罩有利于防止拉錐過程中空氣氣流對拉錐過程造成影響，確保最終拉制得到的拉錐光纖的尺寸精度。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明公開的不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，利用特定的、易于操作的拉錐裝置實現(xiàn)Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的拉制，該拉錐裝置包括步進電機、夾具、三維平移臺和加熱裝置，拉錐時，光纖的兩端分別嵌入夾具上的兩個凹槽內(nèi)，夾具的第一夾板和第二夾板在磁力作用下吸合并通過兩條軟質(zhì)橡膠條壓緊光纖，對光纖的定位效果好，在不損傷光纖的同時可確保拉錐過程的順利進行;此外，步進電機可控制光纖的拉錐速度，加熱裝置的加熱面積可調(diào)，從而可相應加熱不同長度的光纖區(qū)域，實現(xiàn)不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的拉制，且加熱裝置的控溫精度為0.1°C，其三維位置由三維平移臺調(diào)整，可提高對光纖加熱的精確度。本發(fā)明方法步驟簡單，易于操作，其錐區(qū)外徑可控，可達到微納米量級，纖芯直徑可達到700?2000 pm，錐區(qū)長度為3?20 mm，錐區(qū)長度相比于傳統(tǒng)的拉錐光纖大幅減少，該較短的錐區(qū)長度極大地增強了光纖錐區(qū)表面的倏逝場，且拉錐光纖結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、長度短、直徑細、拉錐損耗低，有效模場面積減小，非線性系數(shù)得到大幅提高。本發(fā)明方法制備得到的高質(zhì)量硫系玻璃拉錐光纖可應用于微光波導的耦合、超連續(xù)譜的產(chǎn)生等新的光子技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1和實施例2中所用拉錐裝置外觀圖；
圖2為實施例1和實施例2的拉錐裝置中加熱裝置的側(cè)視圖；
圖3為實施例1和實施例2的拉錐裝置中金屬塊的后視圖；
圖4為實施例1和實施例2的拉錐裝置中夾緊單元的側(cè)視圖； 圖5為圖4中A處放大圖；
圖6為實施例1和實施例2的拉錐裝置中第二夾板打開時夾緊單元的正視示意圖；
圖7為實施例1和實施例2中拉制得到的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的外觀示意圖；
圖8為實施例2中拉制得到的Ge15Sb2OSe65硫系拉錐光纖的錐區(qū)在顯微鏡下的外觀圖；
圖9為實施例2中拉制得到的Ge15Sb2QSe65硫系拉錐光纖通過1550nm激光器得到的光譜能量輸出圖。
【具體實施方式】
[0013]以下實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0014]實施例1:以Ge15Sb22.5Se62.5硫系拉錐光纖的制備為例，其制備方法包括如下步驟:
1)將表面纏繞有聚醚砜樹脂的尺寸為Φ15 mm*70 mm的柱狀Ge15Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖預制棒置于光纖拉絲塔上，在惰性氣體氣氛保護環(huán)境下，于450 °C穩(wěn)定勻速拉制成數(shù)百米長的外徑在500±5 μπι范圍內(nèi)的Ge15Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖；
2)準備一套拉錐裝置，如圖1所示，拉錐裝置包括步進電機1、夾具2、三維平移臺3和加熱裝置4，夾具2用于夾緊Ge15Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖5的兩端，步進電機I用于控制Gei5Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖5的拉錐速度，加熱裝置4用于加熱Gei5Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖5，加熱裝置4安裝在三維平移臺3上，加熱裝置4的加熱溫度通過控溫精度為0.1 °C的溫控箱41控制，三維平移臺3用于調(diào)整加熱裝置4的三維位置;夾具包括兩個夾緊單元，每個夾緊單元包括底座23、第一夾板21和第二夾板22，底座23與步進電機I的輸出端相連，第一夾板21固定在底座23的頂部，第二夾板22鉸鏈連接在第一夾板21上，第一夾板21的頂部設(shè)有上凸的凸臺24，凸臺24的上端開設(shè)有凹槽25，第二夾板22的底部固設(shè)有與凹槽25相適配的軟質(zhì)橡膠條26，第一夾板21的頂部固設(shè)有第一磁鐵27，第二夾板22的底部固設(shè)有與第一磁鐵27相適配的第二磁鐵28，第一磁鐵27與第二磁鐵28的磁極相反，第二夾板22合攏時，軟質(zhì)橡膠條26覆蓋在凹槽25的長度方向，第一磁鐵27與第二磁鐵28磁力吸合；
3)截取長度為20厘米的一段Gei5Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖5，并將該光纖放置在夾具2上，使光纖5的兩端分別嵌入兩個凹槽25內(nèi)，合攏第二夾板22，第一夾板21和第二夾板22在磁力作用下吸合并通過兩條軟質(zhì)橡膠條26壓緊光纖5，再選定光纖5上的加熱區(qū)域并用蘸有酒精的棉花將其表面擦拭干凈，準備一橫向通槽47的寬度為6 mm金屬塊42，并通過三維平移臺3合理調(diào)整加熱裝置4的三維位置；
4)開啟加熱裝置4，并將加熱裝置4的加熱溫度設(shè)定在330°C，對光纖5上的加熱區(qū)域進行加熱，當加熱溫度達到Ge15Sb22.5Se62.5硫系玻璃的軟化溫度275 °(:時，調(diào)節(jié)溫控箱41以
I °C/min的速率升溫使加熱裝置4的加熱溫度升至330 °C，并在330 °C溫度下保溫2小時；
5)Gei5Sb22.5Se62.5硫系玻璃光纖5受熱軟化后，立即啟動步進電機I進行拉錐牽引，將牽引速度控制在1.000 mm/s，牽引過程中加熱裝置4的加熱溫度保持不變，隨著拉錐牽引的進行，光纖5上的加熱區(qū)域被拉細、拉長，成為拉錐光纖，拉錐光纖的錐區(qū)外徑和長度逐漸改變，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑接近目標范圍時，逐漸減慢牽引速度，確保最細拉錐處平穩(wěn)，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑達到目標范圍時，停止牽引，得到錐區(qū)外徑為3 μπι、錐區(qū)總長度為2 cm的拉錐光纖，步進電機I的整個牽引距離為1.5 cm，拉錐光纖的外觀示意圖如圖7所示，圖7中丄代表錐區(qū)，X代表過渡區(qū)，錐區(qū)L的長度為過渡區(qū)X長度的2倍；
6)立即調(diào)節(jié)三維平移臺3，移開加熱裝置4，調(diào)節(jié)溫控箱4的溫度使溫度緩慢降至室溫，在拉錐光纖的下方放置一三維光學調(diào)整架(圖中未示出)，將載玻片平放在該三維光學調(diào)整架上方，使載玻片的上表面平行于拉錐光纖，然后通過該三維光學調(diào)整架緩慢升高載玻片，使載玻片的上表面剛好與拉錐光纖接觸，最后在拉錐光纖兩端與載玻片的接觸部分滴數(shù)滴UV無影膠，然后用紫外燈照射5 min，直至紫外固化膠完全固化，將拉錐光纖的兩端固定在載玻片上，即完成實施例1的Gei5Sb22.5Se62.5硫系拉錐光纖的制備。
[0015]實施例2:以Ge15Sb2QSe6^€拉錐光纖的制備為例，其制備方法包括如下步驟:
1)將表面纏繞有聚醚砜樹脂的尺寸為Φ15 mm*70 mm的柱狀Ge15 Sb2QSe65硫系玻璃光纖預制棒置于光纖拉絲塔上，在惰性氣體氣氛保護環(huán)境下，于420 °C穩(wěn)定勻速拉制成數(shù)百米長的外徑在500 ±5 μπι范圍內(nèi)的Ge15Sb20Se65硫系玻璃光纖；
2)準備一套拉錐裝置，如圖1所示，拉錐裝置包括步進電機1、夾具2、三維平移臺3和加熱裝置4，夾具2用于夾緊Ge15Sb2OSe65硫系玻璃光纖5的兩端，步進電機I用于控制Gei5Sb2oSe65硫系玻璃光纖5的拉錐速度，加熱裝置4用于加熱Gei5Sb2oSe65硫系玻璃光纖5，加熱裝置4安裝在三維平移臺3上，加熱裝置4的加熱溫度通過控溫精度為0.1 °(:的溫控箱41控制，三維平移臺3用于調(diào)整加熱裝置4的三維位置;夾具包括兩個夾緊單元，每個夾緊單元包括底座23、第一夾板21和第二夾板22，底座23與步進電機I的輸出端相連，第一夾板21固定在底座23的頂部，第二夾板22鉸鏈連接在第一夾板21上，第一夾板21的頂部設(shè)有上凸的凸臺24，凸臺24的上端開設(shè)有凹槽25，第二夾板22的底部固設(shè)有與凹槽25相適配的軟質(zhì)橡膠條26，第一夾板21的頂部固設(shè)有第一磁鐵27，第二夾板22的底部固設(shè)有與第一磁鐵27相適配的第二磁鐵28，第一磁鐵27與第二磁鐵28的磁極相反，第二夾板22合攏時，軟質(zhì)橡膠條26覆蓋在凹槽25的長度方向，第一磁鐵27與第二磁鐵28磁力吸合;拉錐裝置的外圍安裝有透明的防護罩(圖中未示出)，防護罩具有活動式頂蓋；
如圖2和圖3所示，加熱裝置4包括多塊金屬塊42、兩根陶瓷電阻棒43和感溫線44，每塊金屬塊42通過連桿45與三維平移臺3相連，多塊金屬塊42為銅塊、銅合金塊、鋁塊或鋁合金塊，如圖4、圖5和圖6所示，每塊金屬塊42上開設(shè)有兩個電阻棒安裝孔421、一個溫感線安裝孔422和一個螺紋孔423，兩根陶瓷電阻棒43的一端分別可拆卸地插設(shè)在兩個電阻棒安裝孔421內(nèi)，兩根陶瓷電阻棒45的另一端連接有電源(圖中未示出)，感溫線44的一端可拆卸地插設(shè)在溫感線安裝孔422內(nèi)，感溫線44的另一端與溫控箱41電氣連接，連桿45與金屬塊42螺紋連接，每塊金屬塊42的前端一體設(shè)置有加熱區(qū)46，加熱區(qū)46的前側(cè)開設(shè)有用于容納光纖5上的加熱區(qū)域的橫向通槽47，多塊金屬塊42上的橫向通槽47的寬度各異，通過選用不同的金屬塊42，即可對加熱裝置4的加熱面積進行相應調(diào)節(jié)，拉錐過程中，光纖5上的加熱區(qū)域位于橫向通槽47內(nèi)；
3)截取長度為15厘米的一段Ge15Sb2OSe65硫系玻璃光纖5，并將該光纖放置在夾具2上，使光纖5的兩端分別嵌入兩個凹槽25內(nèi)，合攏第二夾板22，第一夾板21和第二夾板22在磁力作用下吸合并通過兩條軟質(zhì)橡膠條26壓緊光纖5，再選定光纖5上的加熱區(qū)域并用蘸有酒精的棉花將其表面擦拭干凈，準備一橫向通槽47的寬度為4 mm金屬塊42，并通過三維平移臺3合理調(diào)整加熱裝置4的三維位置；
4)開啟加熱裝置4，并將加熱裝置4的加熱溫度設(shè)定在300°C，對光纖5上的加熱區(qū)域進行加熱，當加熱溫度達到Ge15Sb2QSe65硫系玻璃的軟化溫度250 °(:時，調(diào)節(jié)溫控箱41以I °C/min的速率升溫使加熱裝置4的加熱溫度升至300 °C，并在300 °C溫度下保溫2小時；
5)Ge15Sb2oSe65硫系玻璃光纖5受熱軟化后，立即啟動步進電機I進行拉錐牽引，將牽引速度控制在1.000 mm/s，牽引過程中加熱裝置4的加熱溫度保持不變，隨著拉錐牽引的進行，光纖5上的加熱區(qū)域被拉細、拉長，成為拉錐光纖，拉錐光纖的錐區(qū)外徑和長度逐漸改變，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑接近目標范圍時，逐漸減慢牽引速度，確保最細拉錐處平穩(wěn)，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑達到目標范圍時，停止牽引，得到錐區(qū)外徑為2.66 μπι、錐區(qū)總長度為2cm的拉錐光纖，步進電機I的整個牽引距離為3 cm，拉錐光纖的外觀示意圖如圖7所示，圖7中丄代表錐區(qū)，Χ代表過渡區(qū)，錐區(qū)L的長度為過渡區(qū)X長度的2倍；
6)立即調(diào)節(jié)三維平移臺3，移開加熱裝置4，調(diào)節(jié)溫控箱4的溫度使溫度緩慢降至室溫，在拉錐光纖的下方放置一三維光學調(diào)整架(圖中未示出)，將載玻片平放在該三維光學調(diào)整架上方，使載玻片的上表面平行于拉錐光纖，然后通過該三維光學調(diào)整架緩慢升高載玻片，使載玻片的上表面剛好與拉錐光纖接觸，最后在拉錐光纖兩端與載玻片的接觸部分滴數(shù)滴UV無影膠，然后用紫外燈照射5 min，直至紫外固化膠完全固化，將拉錐光纖的兩端固定在載玻片上，即完成實施例2的Ge15Sb2OSe65硫系拉錐光纖的制備。
[0016]實施例2中，光纖拉制過程在防護罩的防護下進行，可防止拉錐過程中空氣氣流對拉錐過程造成影響，確保最終拉制得到的拉錐光纖的尺寸精度。在顯微鏡下觀察實施例1和實施例2的硫系拉錐光纖，實施例2的Ge15Sb2OSe65硫系拉錐光纖的錐區(qū)的外觀圖見圖8。實施例2的Ge15Sb2QSe65硫系拉錐光纖通過1550 nm激光器得到的光譜能量輸出圖見圖9，從圖9可以看出，其輸出功率與輸入的初始功率能相比，光譜強度略有衰減。此外，對各端面進行顯微鏡觀察后，并未發(fā)現(xiàn)明顯的表面缺陷。
【主權(quán)項】
1.一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 1)在惰性氣體氣氛保護環(huán)境下將柱狀Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖預制棒置于光纖拉絲塔上，加熱拉制成外徑為幾百微米的Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖； 2)準備一套拉錐裝置，所述的拉錐裝置包括步進電機、夾具、三維平移臺和加熱裝置，所述的夾具用于夾緊Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖的兩端，所述的步進電機用于控制Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖的拉錐速度，所述的加熱裝置用于加熱Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖，所述的加熱裝置的加熱面積可調(diào)，所述的加熱裝置安裝在所述的三維平移臺上，所述的加熱裝置的加熱溫度通過控溫精度為0.1 °C的溫控箱控制，所述的三維平移臺用于調(diào)整所述的加熱裝置的三維位置;所述的夾具包括兩個夾緊單元，每個所述的夾緊單元包括底座、第一夾板和第二夾板，所述的底座與所述的步進電機的輸出端相連，所述的第一夾板固定在所述的底座的頂部，所述的第二夾板鉸鏈連接在所述的第一夾板上，所述的第一夾板的頂部設(shè)有上凸的凸臺，所述的凸臺的上端開設(shè)有凹槽，所述的第二夾板的底部固設(shè)有與所述的凹槽相適配的軟質(zhì)橡膠條，所述的第一夾板的頂部固設(shè)有第一磁鐵，所述的第二夾板的底部固設(shè)有與所述的第一磁鐵相適配的第二磁鐵，所述的第一磁鐵與所述的第二磁鐵的磁極相反，所述的第二夾板合攏時，所述的軟質(zhì)橡膠條覆蓋在所述的凹槽的長度方向，所述的第一磁鐵與所述的第二磁鐵磁力吸合； 3)截取長度為幾十厘米的一段Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖，并將該光纖放置在夾具上，使光纖的兩端分別嵌入兩個所述的凹槽內(nèi)，合攏所述的第二夾板，第一夾板和第二夾板在磁力作用下吸合并通過兩條所述的軟質(zhì)橡膠條壓緊光纖，再選定光纖上的加熱區(qū)域，調(diào)節(jié)確定所述的加熱裝置的加熱面積，并通過所述的三維平移臺合理調(diào)整所述的加熱裝置的三維位置； 4)開啟并設(shè)定加熱裝置的加熱溫度，對光纖上的加熱區(qū)域進行加熱，當加熱溫度達到Ge-Sb-Se硫系玻璃的軟化溫度時，調(diào)節(jié)所述的溫控箱以I °C/min的速率升溫使加熱裝置的加熱溫度升至Ge-Sb-Se硫系玻璃的軟化溫度以上30?80 °C ； 5)Ge-Sb-Se硫系玻璃光纖受熱軟化后，立即啟動步進電機進行拉錐牽引，將牽引速度控制在0.005?5.000 mm/s，牽引過程中加熱裝置的加熱溫度保持不變，隨著拉錐牽引的進行，光纖上的加熱區(qū)域被拉細、拉長，成為拉錐光纖，拉錐光纖的錐區(qū)外徑和長度逐漸改變，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑接近目標范圍時，逐漸減慢牽引速度，確保最細拉錐處平穩(wěn)，當拉錐光纖的錐區(qū)外徑達到目標范圍時，停止牽引，得到拉錐光纖； 6)立即調(diào)節(jié)三維平移臺，移開加熱裝置，調(diào)節(jié)溫控箱的溫度使溫度緩慢降至室溫，在拉錐光纖的下方放置一三維光學調(diào)整架，將載玻片平放在該三維光學調(diào)整架上方，使載玻片的上表面平行于拉錐光纖，然后通過該三維光學調(diào)整架緩慢升高載玻片，使載玻片的上表面剛好與拉錐光纖接觸，最后將拉錐光纖的兩端固定在載玻片上，即完成Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于所述的加熱裝置包括多塊金屬塊、兩根陶瓷電阻棒和感溫線，每塊所述的金屬塊通過連桿與所述的三維平移臺相連，每塊所述的金屬塊上開設(shè)有兩個電阻棒安裝孔、一個溫感線安裝孔和一個螺紋孔，所述的兩根陶瓷電阻棒的一端分別可拆卸地插設(shè)在所述的兩個電阻棒安裝孔內(nèi)，所述的兩根陶瓷電阻棒的另一端連接有電源，所述的感溫線的一端可拆卸地插設(shè)在所述的溫感線安裝孔內(nèi)，所述的感溫線的另一端與所述的溫控箱電氣連接，所述的連桿與所述的金屬塊螺紋連接，每塊所述的金屬塊的前端一體設(shè)置有加熱區(qū)，所述的加熱區(qū)的前側(cè)開設(shè)有用于容納光纖上的加熱區(qū)域的橫向通槽，所述的多塊金屬塊上的橫向通槽的寬度各異，通過選用不同的金屬塊，即可對所述的加熱裝置的加熱面積進行相應調(diào)節(jié)，拉錐過程中，光纖上的加熱區(qū)域位于所述的橫向通槽內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于所述的多塊金屬塊上的橫向通槽的寬度范圍為3?10 _。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于所述的橫向通槽的寬度為3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、8 mm或10 mm。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于所述的多塊金屬塊為銅塊、銅合金塊、鋁塊或鋁合金塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種不同錐腰的Ge-Sb-Se硫系拉錐光纖的制備方法，其特征在于所述的拉錐裝置的外圍安裝有透明的防護罩，所述的防護罩具有活動式頂蓋，步驟4)和步驟5)在所述的防護罩的防護下進行。
【文檔編號】G02B6/02GK105891942SQ201610240404
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】戴世勛, 羅寶華, 孫亞男, 王瑩瑩, 郭祊霞, 歐洪亞, 張培晴, 王訓四, 劉自軍, 劉永興
【申請人】寧波大學