[发明专利]具有环形波导层的毛细管光纤及其制造方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种特种光纤，特别涉及一种具有环形波导层的毛细管光纤。本发明还涉及这种光纤的制造方法。 

(二)背景技术

毛细管光纤是光纤光学的一个新兴的研究领域，与传统的光纤相比，无论在结构上还是在光传输机理上有很大不同，具有特殊的色散和非线性效应等特性，如自相位调制、无限波长单模传输、大模场面积单模传输、理想的色散可控、空芯导光、空芯传能和超低损耗、超长距离传输等。这些特性，除了应用于光通信领域外，通过向毛细管光纤中填充介质可以实现可变的光谱衰减器和高精度传感器，毛细管光纤中传输的光模式耦合入空气孔的强度与孔中的介质有关，预示着它可以应用于微量气体传感。因而应用领域广泛，发展前景广阔。有关涉及到本发明技术的文献和报道包括：[1]赵雷康，空芯光纤研究进展，国外建材科技，2003，24(3)：24；[2]韩建军，李永涛，刘晓霞，赵修建，传输紫外激光空芯光纤系统的研究，激光与红外，2006，36(9)：882；[3]R.Brunner，J.Doupovec，J.Zohora，and F.Kvasnik，Gas sensor based on capillary optical fibre，SPIE，3820：190；[4]P.Kiiveri，A.Hokkanen，R. ，K.Keinanen，S.Tammela，New capillary opticalfiber structure for fluorescence sensors，SPIE，2695：169；[5]G.Y.Zhou，Z.Y.Hou，L.T.Hou，and J.G.Liu，Hollow-core tapered coupler for large inner diameterhollow-core optical fibers，Chin.Opt.Lett.2003，1(1)：15等。 

目前，毛细管光纤一般的制备方法是以金属、塑料或玻璃管作为基材，然后将金属、电解质膜或多晶料等沉积在管内壁而形成，光波导以空芯中的空气为传输介质，例如文献：Yuichi Komachi，Katsuo Aizawa，Hollow optical fiber andmethod for manufacturing the same，U.S.Pat.No.6735369B2，中报道的技术方案。芯内壁材料分两种，折射率大于1为泄露型，折射率小于1为全反射型。这些方法最主要的不足之处在于：为了在管内壁沉积物质，选择的基管内径必须要大于一定尺寸，制备出的毛细管光纤芯径在几百微米甚至1mm的量级，而且制备毛细管 光纤的长度受到工艺限制，不能制备较长的毛细管光纤；另一方面，在基管内壁沉积的一些介质，在一定光波长范围内具有较大的吸收，光损耗也较大，光纤末端的光输出功率受到了限制；此外，基管内壁沉积的某些介质，在高温、高潮湿、高辐射的特殊环境中，其性能也不稳定，这些都为光纤维护带来了困难。 

P.Kiiveri，A.Hokkanen，R.Kylmnen，K.Keinanen，S.Tammela，New capillaryoptical fiber structure for fluorescence sensors，SPIE，2695：169的文献中报道了一种毛细管光纤的制造方法，即采用MCVD法，以石英玻璃管为衬底(光波导层：搜集与传输荧光)，先在其内壁沉积一层掺GeO₂的玻璃层(注光层：将泵浦光注入其中)，然后再在掺杂层内壁镀有一层荧光层(激发层：含有荧光物质)。该方法制作的毛细管光纤外径300-500μm，芯径为100-300μm，由于需要在毛细管内壁涂荧光粉，毛细管光纤内径不能太小，同时在制作较长光纤上很难实现，成本增高了就很难应用实际；此外，该种光纤的内壁荧光层在一些特殊环境中，性能也会受到影响。其波导层是衬底层，即石英玻璃基管。