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一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法與流程

文檔序號:12158636閱讀:923來源:國知局
一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法與流程

本發(fā)明涉及一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法,屬于光纖技術領域。



背景技術:

光纖器件有著抗電磁干擾、體積小、成本低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等突出的優(yōu)點,近十幾年來受到了光纖技術領域的普遍關注,可實現(xiàn)光濾波器、光調(diào)制器、光傳感器、光分束器等功能器件,在光纖通信、光纖傳感、光纖激光等方面有著廣泛的應用。大多全光纖器件的制備均依賴于光纖局域折射率的調(diào)制,即改變光纖纖芯局域折射率,典型的器件有:光纖光柵、光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等。

隨著光纖器件制作的需要,人們提出并研究了多種纖芯折射率調(diào)制機理及方法。目前在制作長周期光纖光柵領域提出的光纖折射率調(diào)制機理主要有應力釋放、光纖纖芯與包層的擴散、玻璃結(jié)構(gòu)的改變、機械形變、微結(jié)構(gòu)光纖塌陷等。長周期光纖光柵利用了折射率的周期性調(diào)制形成較強的諧振峰,調(diào)制機理如上述所示,或者是上述幾種機理的結(jié)合。制作光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等器件,引起折射率調(diào)制的方法目前主要有熔接不同折射率的光纖或膜片、飛秒激光加工、二氧化碳激光器加工、在光纖中形成空氣腔等。結(jié)合上述幾種光纖纖芯折射率調(diào)制方法考慮,其中除了熔接不同折射率的光纖或膜片和在光纖中產(chǎn)生一個空氣腔的方法,其余方法引起的折射率調(diào)制系數(shù)均較小,若折射率調(diào)制系數(shù)過低,就容易受外界因素的影響而被擦除,無法達到穩(wěn)定的要求。但是熔接不同折射率的光纖或膜片和在光纖中產(chǎn)生一個空氣腔的方法,又加大了對制作工藝的要求。



技術實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提出一種新的實現(xiàn)光纖纖芯折射率調(diào)制方法。

為了達到上述目的,本發(fā)明采用下述技術方案:

一種光纖纖芯折射率調(diào)制的方法,包括以下步驟:

步驟1:利用管棒法制作光纖預制棒:套管為一端收實的純石英空心管,芯棒為單晶藍寶石棒;

步驟2:利用石英光纖拉絲工藝,將光纖預制棒拉制成高濃度摻雜氧化鋁石英光纖;高濃度摻雜氧化鋁石英光纖由高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯和純二氧化硅包層組成;

步驟3:制備析晶區(qū)域:對高濃度摻雜氧化鋁石英光纖的局部處理區(qū)域進行快速熱處理,在高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯中形成析晶區(qū)域。

所述步驟3采用高壓電極電弧放電熱處理方法制備析晶區(qū)域,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于高壓電極電弧放電弧光中,按照設置的放電參數(shù)對局部處理區(qū)域進行放電熱處理,放電參數(shù)包括放電時間和放電強度。

所述步驟3采用二氧化碳激光熱處理方法制備析晶區(qū)域,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于二氧化碳激光焦點處,通過激光束對光纖橫向掃描,或控制激光輸出脈寬,使得激光短時作用于光纖上,再通過改變掃描速度、脈沖時間及激光能量,對局部處理區(qū)域進行激光熱處理。

所述步驟3采用火焰熱處理方法制備析晶區(qū)域,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖置于氫氧火焰微火炬處,通過橫向移動光纖,使得微火炬短時作用于光纖上,再通過改變光纖移動速度、微火炬強度,對局部處理區(qū)域進行火焰熱處理。

采用上述技術方案,產(chǎn)生的有益效果在于:

本發(fā)明通過對光纖進行快速熱處理析晶的方法來改變光纖纖芯的折射率,具有實現(xiàn)方法簡單、性能穩(wěn)定、折射率調(diào)制增量大等優(yōu)點,可應用于制作長周期光纖光柵、光纖法布里-珀羅諧振腔、光纖馬赫-曾德干涉儀等光纖器件中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程圖;

圖2是本發(fā)明中出現(xiàn)的析晶現(xiàn)象示意圖。

圖3是本發(fā)明實施例一中的折射率調(diào)制區(qū)域顯微照片;

圖4是本發(fā)明實施例二中的折射率調(diào)制區(qū)域顯微照片;

其中:1-高濃度摻雜氧化鋁石英光纖,2-纖芯,3-包層,4-局部處理區(qū)域,5-析晶區(qū)域。

具體實施方式

實施例一:

參見圖1和圖2,一種光纖纖芯折射率調(diào)制方法,包括以下步驟:

步驟1:利用管棒法制作光纖預制棒:套管為一端收實的純石英空心管,芯棒為單晶藍寶石棒;

步驟2:利用石英光纖拉絲工藝,將光纖預制棒拉制成高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1;高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1由纖芯2和包層3組成;纖芯2為高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅,包層3為純二氧化硅;

步驟3:制備析晶區(qū)域:對高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的局部處理區(qū)域4進行快速熱處理,在高濃度氧化鋁摻雜二氧化硅纖芯2中形成析晶區(qū)域5。

所述步驟3采用高壓電極電弧放電熱處理方法制備析晶區(qū)域,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于高壓電極電弧放電弧光中,按照設置的放電參數(shù)對局部處理區(qū)域4進行放電熱處理,放電參數(shù)包括放電時間和放電強度。

本發(fā)明通過高壓電極電弧放電對高濃度摻雜氧化鋁石英光纖進行熱處理,制備析晶區(qū)域,從而實現(xiàn)纖芯折射率的調(diào)制。

本實施例中,纖芯2直徑為18μm,包層3直徑為125μm。

本實施例將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的局部處理區(qū)域4中心置于兩高壓電極之間,通過對兩電極施加高壓電脈沖,產(chǎn)生電弧放電,弧光作用于高濃度摻雜氧化鋁石英光纖,實現(xiàn)放電熱處理。

參見圖3,高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1經(jīng)過高壓放電熱處理后,局部處理區(qū)域4的纖芯會出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象,其透光性下降,通過光學顯微鏡觀測,析晶區(qū)域5較未處理處的纖芯透光性下降。

本發(fā)明的機理為通過熱處理方法使纖芯2的材料的析晶效應致使高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的折射率改變。纖芯2在局部熱處理過程中,經(jīng)歷快速升溫和降溫過程,經(jīng)歷從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)又轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程,將均勻分布的納米級氧化鋁摻雜轉(zhuǎn)變?yōu)閬單⒚准壯趸X晶體摻雜。在熱處理工藝之前,高濃度氧化鋁摻雜石英光纖的纖芯為無定形非晶態(tài),纖芯中氧化鋁呈納米級摻雜狀態(tài),均勻的分布在二氧化硅基底中。在快速升溫后,纖芯材料轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴跔顟B(tài),此時氧化鋁粘度較小,受到分子間作用力的影響后,氧化鋁納米粒子迅速聚集形成大顆粒氧化鋁晶體。降溫后,生長后的氧化鋁顆粒就鑲嵌在纖芯中,從而實現(xiàn)熱處理析晶現(xiàn)象。非晶態(tài)是一種不定形態(tài),排列無序,晶態(tài)是一種定性態(tài),排列有序。在析晶過程中,局域氧化鋁分子重新排列,由雜亂無章轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟蛴行虻慕Y(jié)構(gòu),局域材料密度增加,同時折射率也相應地增大。在本實施例中,拉制后的高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1的纖芯折射率為1.53,經(jīng)過析晶調(diào)制后,折射率增加0.01,纖芯折射率變?yōu)?.54。

實施例二:

本實施例與實施例一的區(qū)別在于所述步驟3采用二氧化碳激光熱處理方法制備析晶區(qū)域5,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于二氧化碳激光焦點處,通過激光束對光纖橫向掃描,或控制激光輸出脈寬,使得激光短時作用于光纖上,再通過改變掃描速度、脈沖時間及激光能量,對局部處理區(qū)域4進行激光熱處理。

參見圖4,高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1經(jīng)過使二氧化碳激光熱處理后,被處理區(qū)域4的光纖纖芯會出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象,其透光性下降,通過光學顯微鏡觀測,析晶區(qū)域5較未處理處的光纖纖芯,透光性下降。

實施例三:

本實施例與實施例一的區(qū)別在于所述步驟3采用火焰熱處理方法制備析晶區(qū)域,將高濃度摻雜氧化鋁石英光纖1置于氫氧火焰微火炬處,通過橫向移動光纖,使得微火炬短時作用于光纖上,再通過改變光纖移動速度、微火炬強度,對局部處理區(qū)域4進行火焰熱處理。高濃度氧化鋁摻雜光纖在經(jīng)歷快速升溫和快速降溫的過程后,會出現(xiàn)明顯的析晶現(xiàn)象。

在拉絲過程中,由于熔融的二氧化硅與融化的單晶藍寶石材料發(fā)生相互擴散,拉制出的纖芯2材料為高濃度氧化鋁摻雜的二氧化硅,包層3材料仍為純二氧化硅,透析晶區(qū)域5的折射率發(fā)生明顯增大,折射率調(diào)制增量約為0.01,同時析晶區(qū)域的透光性下降。

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