一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用制造技术

一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用，属于光学与激光技术领域。该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，为双层联结型反谐振结构，其在外包层内侧周向均布的6对‑10对的中心对称联结孔，不包括7对；外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质；液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率。该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤相比于传统的光开关，其结构更为简单，体积更小，且可以根据不同材质来设计开关温度，能够实现在设计中的设定温度产生开关效应，对于光学元件开发具有非常重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用
本专利技术涉及光学与激光
，具体涉及空芯微结构光纤和控制
，特别涉及一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用。
技术介绍
随着技术发展，反谐振光纤已经成为了微结构光纤研究的前沿领域。反谐振光纤技术主要应用于激光传输、传感，相对于传统光纤技术，在传输方面具有传输损耗低、质量高、传输范围广，可以突破材质传输范围限制等特点，在传感方面，由于其大空芯结构在气体和液体检测方面也有广阔的应用前景。反谐振光纤根据反谐振孔排布分为单层反谐振光纤和双层反谐振光纤，根据芯部填充物分为空心和液芯，现有的反谐振光纤有单层光纤，双层空心光纤，这些光纤的应用为高质量光通信、激光器气室、气体和液体成分检测领域。随着智能技术的开发，光开关应用领域越来越广，现阶段光开关多利用MZI(Mach-ZehnderInterferometer)或者多层玻璃与有机物的复合物结构，该结构复杂、体积大、部分该类产品需要供电。反谐振光纤方面，现有公开的文献是利用空气液化和气化过程实现开关效应，但是由于实现需要使用液氮和加热设备，所以实用性非常低。其中，反谐振光纤主要是由平面波导的反谐振效应来导光，一般反谐振光纤应用都是利用反谐振效应形成的低损耗区域进行高质量信息传输、中红外激光传输和气体检测，而本专利技术是利用反谐振区域间的过度过程，实现光开关效应。该技术对反谐振光纤应用的开发具有非常重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用，该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤相比于传统的光开关，其结构更为简单，体积更小，且可以根据不同材质来设计开关温度，能够实现在设计中的设定温度产生开关效应，对于光学元件开发具有非常重要的意义。本专利技术利用液芯材料折射率随温度变化的特性和反谐振光纤导光原理，对传统反谐振光纤进行设计改进。从而使得该光纤工作光谱宽，理论温度控制精度高，可以应用于复杂和危险环境中。本专利技术的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，为双层联结型反谐振结构，具体包括外包层、以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对-10对的中心对称联结孔，不包括7对；所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质，填充易产生SPR效应的物质的孔的连线形成正多边形，并且每个填充易产生SPR效应的物质的孔等距间隔设置，所述的易产生SPR效应的物质，优选为金、银、石墨烯中的一种；在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，根据温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤使用温度，选择在该温度下折射率等于光纤材质折射率、或等于光纤材质折射率+0.01的液体作为液芯，并且，液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率，如光纤材质的折射率为1.45，则液芯受温度影响的折射率变化范围为1.43-1.47。进一步的，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据无易产生SPR材质填充的液芯联结管光纤传输的光的波段进行设置，具体设置关系式为：tm为该谐振阶数下的联结管内管和联结管外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为光纤材质的折射率，n0为液芯的折射率；采用该公式进行计算得到的该谐振阶数下的内管和外管的壁厚，能够保证光纤的工作波段和谐振波段不重合。进一步的，所述的易产生SPR效应的材质能够增加在开关效应关区域的传输损耗。进一步的，液芯中的液体优选为折射率温度系数大的液体。进一步的，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的光纤材质可以选择能够产生反谐振效果的材质，优选为石英玻璃、稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种。进一步的，内层反谐振孔中填充的易产生SPR的材质，可以满填充也可以填充一层，填充一层时，层厚优选为20nm～400nm。所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其感应光谱的传输带宽(即检测范围)，可以通过液芯中液体、光纤材质、填充物材质进行调整。当光纤材质为稀土掺杂玻璃、硫化物玻璃、碲化物玻璃中的一种，温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤能够应用传输中红外激光。一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，用于温控开关，其开关效应发生的温度为在该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率、或该温度下液芯折射率等于光纤材质折射率+0.01的温度，即为在该温度下液芯的折射率小于光纤材质的折射率时，光纤为断开状态，当在该温度下液芯的折射率大于等于光纤材质的折射率时，光纤处于导通状态。本专利技术的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其工作原理如下，在液芯折射率小于光纤材质折射率的情况下，光纤导光主要依靠反谐振效应。在液芯折射率接近光纤材质折射率(折射率差<0.04)，且在金或其他易产生SPR效应的物质填充下，内层反谐振孔发生谐振与SPR效应导致高损耗产生，在液芯折射率随温度变化达到与光纤材质相等的情况时，光纤传输效应由反谐振效应转换为泄露模传输，传输损耗会大幅度降低，进而产生由温度控制的开关效应。本专利技术的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤可以通过不同材质设计不同温度的控制光纤，从而提高工作范围，可以在不同的温度范围内进行设计，可以提高温度控制精度。附图说明图1为本专利技术实施例1提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。图2为本专利技术实施例1的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图3为本专利技术实施例2的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图4为本专利技术实施例3的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图5为本专利技术实施例4提供的特种玻璃玻璃、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。图6为本专利技术实施例4的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图7为本实验实施例5提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。图8为本专利技术实施例5的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图9为本实验实施例6提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示意图。图10为本专利技术实施例6的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤的液芯折射率-损耗关系曲线。图11为本专利技术对比例1提供的SiO2、金、液体填充的一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤截面示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤为双层联结型反谐振结构，具体包括外包层、以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对-10对的中心对称联结孔，不包括7对；/n所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；/n在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质，填充易产生SPR效应的物质的孔的连线形成正多边形，并且每个填充易产生SPR效应的物质的孔等距间隔设置；/n在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，根据温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤使用温度，选择在该温度下折射率等于光纤材质折射率、或等于光纤材质折射率+0.01的液体作为液芯，并且，液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率。/n

【技术特征摘要】
1.一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，该温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤为双层联结型反谐振结构，具体包括外包层、以及设置在外包层内的沿外包层内侧周向均布的6对-10对的中心对称联结孔，不包括7对；
所述的联结孔为联结管外管和联结管内管形成反谐振孔的联结结构，联结管外管的外壁和外包层的内壁相切，联结管外管的外壁和联结管内管的外壁相切；联结管内管的中心位于联结管外管中心和温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤中心的连线上；联结管外管形成外层反谐振孔，联结管内管形成内层反谐振孔，外层反谐振孔半径>内层反谐振孔半径；
在联结管内管形成的内层反谐振孔中，选择3个孔以上填充易产生SPR效应的物质，填充易产生SPR效应的物质的孔的连线形成正多边形，并且每个填充易产生SPR效应的物质的孔等距间隔设置；
在外包层、联结管外管和联结管内管围绕形成的不规则区域填充液体作为液芯，根据温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤使用温度，选择在该温度下折射率等于光纤材质折射率、或等于光纤材质折射率+0.01的液体作为液芯，并且，液芯受温度影响的折射率变化范围包含光纤材质的折射率。


2.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，所述的易产生SPR效应的物质为金、银、石墨烯中的一种。


3.根据权利要求1所述的温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤，其特征在于，联结管外管的壁厚和联结管内管的壁厚均根据无易产生SPR材质填充的液芯联结管光纤传输的光的波段进行设置，具体设置关系式为：



tm为该谐振阶数下的联结管内管和联结管外管的壁厚，单位为微米，λ为谐振波长，单位为1，m为谐振阶数，n1为光纤材质的折射率，n0为液芯的折...

【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，王启明，李曙光，闫欣，张学楠，王方，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21