[发明专利]金属芯微结构光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属芯微结构光纤及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种具有传输表面等离子波功能的金属芯微结构光纤及其制备方法。

背景技术

以光纤通信为主要支柱的下一代互联网接入技术已经彻底改变了信息的传输方式。光纤作为光纤通信技术的信息载体，近年来得到了迅猛的发展。各种各样的光纤已广泛应用于通信、高功率激光器，图像传输和传感器等多个领域。世界上普遍采用的石英光纤，具有损耗低、传输频带宽、结构简单和抗干扰能力强等特点。随着纳米光电子学的发展，光电子器件的集成度越来越高，光电子集成芯片的尺寸越来越小。目前电子电路的尺寸已经发展到100nm以下，而传统光纤的尺寸一般都在微米量级，两者尺寸差别的悬殊使其无法兼容。由于光学衍射极限的存在，当光纤的直径减小到跟波长相当量级时，光会出现衍射现象，损耗急剧增大，造成光波无法在其中传输。传统光纤的局限性使其无法应用于纳米光电子集成器件。

近年来兴起的光子晶体光纤较传统光纤有着诸多的优势，光子晶体光纤是在石英光纤中沿径向均匀排列着空气孔构成，依照空气孔参数的不同，光波可以分别通过全内反射和光子带隙两种不同的传播机制在光子晶体光纤中传输。光子晶体光纤这种特殊的结构使光子晶体光纤具有了无休止单模传输、高非线性、色散平坦、光子带隙等新颖的特性，也使光子晶体光纤在超连续谱、超宽色散补偿、高功率光传输和光通信等方面有很大发展潜力。目前，光子晶体光纤的发展还面临着制造工艺复杂，成本高等困难，光子晶体光纤的商业化还有待其进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属芯微结构光纤及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述问题。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种金属芯微结构光纤的制备方法，该方法包括下列步骤：

使用石英玻璃制备空心毛细管；

将经过表面处理的金属棒放入一端封口的石英玻璃套管中，然后拉制出金属芯毛细管；

制备光纤芯棒，并将制得的金属芯毛细管规则排列在芯棒的周围，金属芯毛细管的外层规则排列所述空心毛细管；

将上述排列好的结构放入外套石英玻璃管，然后拉制出金属芯微结构光纤。

作为进一步优选地，用于制造所述石英玻璃套管和外套石英玻璃管的材料均为纯石英玻璃。

作为进一步优选地，对金属棒的表面处理包括砂纸打磨、用稀硝酸去除表面杂质、去离子水冲洗和自然晾干等步骤。

作为进一步优选地，所述光纤芯棒的材料为纯石英或掺有共掺杂剂的石英，所述金属棒的材料为金或银或铜。

作为进一步优选地，用于制备金属芯毛细管的拉丝温度为石英玻璃的软化点温度+50℃～200℃左右；用于制备金属芯微结构光纤的加温拉丝温度为石英玻璃的软化点温度+50℃～100℃左右。

作为进一步优选地，所拉制出的金属芯微结构光纤从内到外依次包括芯层、规则排列在芯层周围并由多个金属芯构成的内包层，以及规则排列在内包层的外围并由多个空气孔构成的外包层。

作为进一步优选地，所述金属芯在光纤径向上规则排列在芯棒的周围，例如在光纤径向上排列成正六边形、正方形、等边三角形或锐角为60°的菱形。

作为进一步优选地，所述金属芯微结构光纤中，所述金属芯的直径为500nm～3000nm，相邻金属芯之间的间距为600nm～4000nm。

按照本发明的另一方面，提供了一种新型的金属芯微结构光纤，该金属芯微结构光纤从内向外依次包括：

芯层；

排列在芯层周围、由多个金属芯构成的内包层；以及

排列在内包层的外围、由多个空气孔构成的外包层；其中

所述金属芯毛细管由经过表面处理的金属棒放入一端封口的石英玻璃套管中拉制而成。

作为进一步优选地，所述芯层的材料为基质材料为纯石英或掺有共掺杂剂的石英，所述金属棒的材料为金或银或铜。所述共掺杂剂包括锗、氟、磷化合物中的一种或者稀土离子如铒、镱、铥等中的一种或多种。

作为进一步优选地，构成所述内包层的金属芯在光纤径向上规则排列在芯棒的周围，例如在光纤径向上排列成正六边形、正方形、等边三角形或锐角为60°的菱形。

作为进一步优选地，构成所述内包层的金属芯的横截面为正六边形或矩形。

作为进一步优选地，在所述金属芯微结构光纤中，所述金属芯的直径为500nm～3000nm，相邻金属芯之间的间距为600nm～4000nm。