[发明专利]一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤及其制备方法，属于微纳光学器件领域。 

背景技术

微电子学、光电子学和光子学是现代光通信和光传感产业的支柱。随着器件设计理论和制备工艺技术的发展，以及对器件性能、集成度和能量消耗等要求的提高，微电子和光电子器件的特征线宽己经达到了亚波长或纳米尺寸。在网络通信的信息传递材料中，光纤被公认为是现今通信带宽最大的传输介质，吸引了越来越多研究者的关注。近年来，纳米锥、纳米线、亚波长直径光纤等微纳光纤被相继报道，极大的推进了微纳光电子器件，如光纤传感器、光纤耦合器及光纤分束器等的发展。

微纳光纤作为亚波长光波导工作时，在光耦合器、谐振腔、传感器、超连续光谱产生等方面具有独特的优势，但是这方面的研究才刚刚开始，对于这种新型结构光纤目前人们了解的还很少，很多工作需要系统的研究和探索。第一，光纤结构方面，目前研究的微纳光纤基本上为单一结构的纳米线，没有包层或者采用空气、水做包层。要实现具有特定功能的微纳光子器件必然需要微纳光纤具有复合波导结构；第二，光纤材料方面，目前人们的研究对象主要集中在半导体和聚合物材料上，而对具有芯/包层结构的玻璃微纳光纤研究甚少。玻璃基质（如磷酸盐、硅酸盐和碲酸盐等）具有优良的光学性能、物理和化学性能、光热稳定性以及易于成纤等性能、并对许多稀土离子都有很好的溶解性，有利于有源微纳光纤的研究。第三，光纤的制备方法，目前普遍采用的两步尖端拉伸、化学合成和锥形光纤拉制等方法制备的微纳光纤长度有限，难以实现规模化生产。第四，微纳光纤的功能调控和器件应用，当前还处于初步研究阶段，需要进一步的深入探索，为微纳光纤在光子器件的应用研究提供理论基础和实验数据。 

本发明提出的一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤，其光纤基质材料包括：磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、铋酸盐玻璃或锗酸盐玻璃，纤芯与包层的折射率差不小于0.15，纤芯直径为100～1000 nm，包层直径为100～300 μm，且包层中掺稀土浓度为10¹⁹～10²¹ cm^-3，稀土离子包括：Er³⁺、Nd³⁺、Yb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺或Tb³⁺，光纤长度为100～1000 m。本专利采用套管法和多步拉伸法，可以制备出长距离、不同芯径和包层尺寸的各种玻璃光纤，在光纤通信、光纤传感和光纤激光等领域具有广泛的应用价值。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于，提出一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤及其制备方法，解决微米或纳米芯玻璃光纤的设计及制备问题。

技术方案：本发明提出的一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤，其光纤基质材料包括：磷酸盐玻璃、硅酸盐玻璃、碲酸盐玻璃、铋酸盐玻璃或锗酸盐玻璃，纤芯折射率为1.4～1.7，包层折射率不大于1.55，纤芯与包层的折射率差不小于0.15，且包层中掺稀土浓度为10¹⁹～10²¹ cm^-3, 稀土离子包括：Er³⁺、Nd³⁺、Yb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺或Tb³⁺。纤芯直径为100～1000 nm，包层直径为100～300 μm，光纤长度100～1000 m。

本发明提出的一种长距离微米或纳米芯玻璃光纤的制备方法，其具体步骤为：首先，将掺稀土离子的玻璃包层料坨放入挤管机中，在Tg+50 ℃时拉制出内径1～10 mm，外径10～40 mm的套管；其次，将玻璃芯料放入挤管机或者拉丝机中，在Tg+50 ℃时拉制或者挤出直径为1～10 mm的芯棒；然后，对玻璃套管和芯棒进行组合配套，通过拉丝机在Tg+50 ℃时，使玻璃棒管直径缩小5～500倍，如此经2～5步的组合配套与拉伸，最后获得长距离微米或纳米芯玻璃光纤。

有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：