[实用新型]一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤

说明书

技术领域

本实用新型涉及光电子材料和器件领域，尤其涉及一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤。

背景技术

长波红外电磁波，尤其是波长处于第二大气窗口(8-14μm)的CO₂激光在军事和民用中占有重要地位。CO₂激光谱线丰富，在9.1-11.3微米范围内约有140条谱线，而且谱线线宽窄，再加之CO₂激光器能量转换效率和输出功率较高，该激光可被应用于主动式红外激光探测、激光生命医疗、窄禁带半导体电子自旋调控、激光武器、激光点火、材料成型加工和长波红外信息传输等领域。而用光纤传输长波红外CO₂激光一直是这些应用领域的关键问题之一。

多年来，科学家们针对CO₂激光传输问题开展了红外实芯光纤(硫化物、卤化物和氟化物光纤)、空芯光纤和光子晶体光纤的研究。其中空芯光纤以空气为传输介质，结构简单，无终端反射。空芯光纤有泄漏型和全反射型两种。泄漏型空芯光纤依靠金属对光的镜面反射实现CO₂激光的传输。全反射型空芯光纤是根据光由空气射向折射率(n_r)小于1的反射膜产生全反射的原理实现CO₂激光的传输。

目前基于玻璃或蓝宝石单晶等无机非金属材料研究开发了锗酸盐玻璃、蓝宝石单晶、碳化硅和氧化锗多晶等全反射空芯光纤。其中，蓝宝石单晶或玻璃是典型的脆性材料，因此，由石英玻璃毛细管和蓝宝石单晶毛细管制作的全反射空芯光纤在使用中容易出现脆性断裂。在传输CO₂激光时，还会因为光纤散热不良而产生热损伤。这些因素在一定程度上制约了玻璃或蓝宝石单晶全反射空芯光纤在上述各领域中的深入应用。

石英玻璃毛细管通常被选作二氧化锗全反射空芯光纤的主体结构，在制作阶段可以通过高温化学气相沉积反应在石英玻璃毛细管内沉积二氧化锗反射膜而制成光纤，目前也有采用液相沉积法在石英毛细管内沉积二氧化锗反射膜。液相沉积后的石英毛细管再经过1115-1150摄氏度的高温对二氧化锗反射膜进行致密化和完善结晶化热处理，最后得到二氧化锗衰减全反射空芯光纤。但石英玻璃毛细管经过上千摄氏度的高温热处理后会脆化，在使用中更容易发生脆性断裂。

实用新型内容

为了克服现有技术中韧性和散热性较差等缺点，本实用新型提出了一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤。

一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤，包括：金属毛细管；反射膜，其覆盖在所述金属毛细管的内表面上；空芯区，其为所述反射膜在所述金属毛细管内围成的空间。

本实用新型提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤，所述金属毛细管包括镍毛细管、铜毛细管或不锈钢毛细管。

本实用新型提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤，所述反射膜为二氧化锗。

本实用新型提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤，所述反射膜的厚度不低于4微米。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤采用金属材料作为主体结构，金属的韧性比玻璃高。本实用新型金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤比相同几何尺寸的玻璃毛细管光纤等具有更好的韧性，对应光纤的最小弹性弯曲半径较相同几何尺寸石英玻璃毛细管二氧化锗空芯光纤大幅度降低。

本实用新型金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤采用金属材料作为主体结构，其导热系数一般高出石英玻璃5-50倍，金属毛细管空芯光纤在传输CO₂激光过程中的散热性能较相同几何尺寸的石英玻璃毛细管空芯光纤有显著提高。

本实用新型金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤低损耗窗口不仅覆盖9.8-11.8微米波长范围，而且和相同或近似几何尺寸的石英玻璃毛细管全反射二氧化锗空芯光纤相比较，本实用新型在9.8-10.4微米波长范围内还有更低的损耗窗口，具有更低的CO₂激光传输损耗。

附图说明

图1为本实用新型金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的结构示意图。

图2为实施例1中不锈钢毛细管衰减全反射红外空芯光纤(内直径1.5毫米，壁厚50微米)的信号损耗谱。

图3为实施例2中镍毛细管衰减全反射红外空芯光纤(内直径1.5毫米，壁厚100微米)的信号损耗谱。

图4为实施例3中铜毛细管衰减全反射红外空芯光纤(内直径1.5毫米，壁厚100微米)的信号损耗谱。