本发明专利技术公开了一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法，包括：通过液相沉积在金属毛细管的内表面形成二氧化锗反射膜；对沉积后的金属毛细管进行加热干燥。本发明专利技术在光纤制作工艺中不需要高温热处理，光纤的断裂韧性和散热性较相同或近似几何尺寸的石英玻璃毛细管衰减全反射空芯光纤大幅度提高，且光纤传输CO2激光的损耗值可与石英玻璃毛细管衰减全反射空芯光纤相比较，在9.8-10.4微米波长范围内还具有更低的损耗窗口和激光传输损耗值。本发明专利技术还公开了一种由前述方法制作的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤。
【技术实现步骤摘要】
金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤制作方法及其光纤
本专利技术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制作方法及其光纤。
技术介绍
长波红外电磁波，尤其是波长处于第二大气窗口(8_14μπι)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光信息传输等领域。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衰减全反射型两种。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OO小于I的反射膜产生全反射的原理实现CO2激光的传输。科学家们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衰减全反射空芯光纤。蓝宝石单晶或玻璃是典型的脆性材料，而且是热的不良导体，相对应的衰减全反射空芯光纤容易发生脆性断裂，在传输CO2激光时还会因为光纤散热不良产生热损伤。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衰减全反射空芯光纤的主体结构，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。专利技术人先前也采用液相沉积法在石英玻璃毛细管内沉积二氧化锗反射膜，再经过1115-1150摄氏度的高温对膜进行致密化和完善结晶化热处理得到二氧化锗衰减全反射空芯光纤。石英玻璃毛细管经过高温热处理变形虽然不大，但会变得更脆，更容易发生脆性断裂，而且它是热的不良导体。因此这类空芯光纤具有易脆性断裂和散热性较差的缺点。为了克服现有技术中的这些缺陷，本专利技术提出了一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤制作方法及其光纤。用金属毛细管作为衰减全反射空芯光纤的主体结构是一般研究人员所不容易想到的，因为先前制备锗酸盐玻璃、蓝宝石单晶、碳化硅和二氧化锗等折射率小于I的光学反射层都需要一千度左右的高温热处理，金属毛细管在该高温热处理中显然会发生严重的氧化变形和性能损失。而本【专利技术者】选用金属毛细管作为光纤的主体结构，巧妙利用二氧化锗在结晶态金属表面和非晶态石英玻璃表面液相生长氧化锗膜的差异(比如晶态金属表面的诱导析晶效应，热膨胀匹配效应等)，在较低温度下就长出质量较高的二氧化锗反射膜，不需要对膜进行高温热处理就可以用于CO2激光的传输，而且传输的损耗可以和相同或近似几何尺寸的石英玻璃毛细管二氧化锗衰减全反射空芯光纤相比较，其低损耗窗口除了具有覆盖9.8-11.8微米波长范围外的特点外，在9.8-10.4微米波长范围内还具有更低的损耗窗口。由于不需要一千摄氏度左右高温热处理，金属毛细管的韧性得到充分保留，光纤的最小弹性弯曲半径较相同或近似几何尺寸石英玻璃毛细管二氧化锗空芯光纤大幅度降低。由于金属材料的导热系数一般高出石英玻璃5-50倍,该类金属毛细管衰减全反射空芯光纤在传输CO2激光过程中的散热性能较相同或近似几何尺寸的石英玻璃毛细管空芯光纤也有显著提高。
技术实现思路
本专利技术提出了一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤制作方法及其光纤，利用韧性和散热性较好的金属毛细管代替传统的玻璃毛细管制造二氧化锗衰减全反射型红外空芯光纤。本专利技术提出了一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法，包括以下步骤:a.通过液相沉积在金属毛细管的内表面形成反射膜；b.对沉积后的金属毛细管进行加热干燥。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，步骤a还包括:步骤一:将含有二氧化锗的沉积液注满所述金属毛细管的内部；步骤二:在室温(约5-25摄氏度)下转动所述金属毛细管，通过液相沉积在所述金属毛细管的内表面形成二氧化锗反射膜；以及步骤三:清除所述金属毛细管内的沉积液；本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，步骤b还包括:步骤四:将所述沉积后的金属毛细管设置在套管中；步骤五:向所述沉积后的毛细管内部通入氩气或氮气，并对其进行加热干燥；步骤六:将所述沉积后并经过干燥处理的毛细管从所述套管中取出，得到金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤一中，所述沉积液中二氧化锗的质量百分比为5-8%。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤二中，所述沉积液的pH值为1-3。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤二中，所述金属毛细管的转速为0.015-0.1转/分钟。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤二中，进行液相沉积的温度为室温(约5-25摄氏度)。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤二中进一步包括，通过两次或两次以上的液相沉积过程形成需要厚度的所述反射膜。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤二中，所述液相沉积的时间为72-120小时。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤五中，向所述金属毛细管内通入IS气或氮气的流速为20-60ml / min。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法中，所述步骤五中，所述加热干燥的温度为50-150摄氏度，时间为120分钟。本专利技术还提出了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，其作为所述全反射红外空芯光纤的主体结构；反射膜，其覆盖在所述金属毛细管的内表面上，用来反射红外光；空芯区，其为所述反射膜在金属毛细管内所围成的空间，用来实现全反射传输红外光。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤中，所述金属毛细管包括镍毛细管、铜毛细管和不锈钢毛细管。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤中，所述反射膜是二氧化锗反射膜。本专利技术提出的金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤中，所述反射膜的厚度不低于4微米。本专利技术具有如下有益效果:本专利技术提出金属毛细管衰减全反射二氧化锗空芯光纤的设计，并巧妙利用室温下二氧化锗在结晶态金属表面和非晶态石英玻璃表面上液相沉积生长氧化锗膜的差异(比如晶态金属表面的诱导析晶效应，热膨胀匹配效应等)，在金属毛细管的内表面上生长出质量较高的二氧化锗反射膜，再经过不超过150摄氏度干燥热处理后得到金属毛细管衰减全反射二氧化锗红外空芯光纤。该专利技术避免了传统石英玻璃毛细管衰减全反射二氧化锗空芯光纤制备工艺中需要在一千摄氏度左右高温热处理的操作，即制作工艺中不需要高温热处理，而且得到的金属毛细管光纤比相同或近似几何尺寸的玻璃毛细管光纤具有更好的韧性和散热性。该类光纤的低损耗窗口覆盖9.8-11.8微米波长范围，传输CO2激光的损耗可以和相同或近似几何尺寸的石英玻璃毛细管衰减全反射二氧化锗空芯光纤相比较，在9.8-10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：a.通过液相沉积在金属毛细管(1)的内表面形成反射膜(2)；b.对沉积后的金属毛细管(1)进行加热干燥。
【技术特征摘要】
1.一种金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤的制作方法，其特征在于，包括以下步骤: a.通过液相沉积在金属毛细管(I)的内表面形成反射膜(2); b.对沉积后的金属毛细管(I)进行加热干燥。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤a还包括: 步骤一:将含有二氧化锗的沉积液注满所述金属毛细管(I)的内部； 步骤二:转动所述金属毛细管(I)，通过液相沉积在所述金属毛细管(I)的内表面形成二氧化锗反射膜(2); 步骤三:清除所述金属毛细管(I)内的沉积液。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，上述步骤b还包括: 步骤四:将所述沉积后的金属毛细管(I)设置在套管中； 步骤五:向所述沉积后的金属毛细管(I)的内部通入氩气或氮气，并对其进行加热干燥； 步骤六:将所述经过沉积并干燥处理后的金属毛细管(I)从所述套管中取出，得到金属毛细管衰减全反射红外空芯光纤。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述沉积液中二氧化锗的质量百分比为5-8%。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述沉积液的pH值为1-3。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤二中，所述金属毛细管(I)的转速为0.015-0.1转/分钟。7.如权利要求2所述的全反射红外空芯光纤的制作方法，其特征在于，所述步骤二中，进行液相沉积的温度为室温...
【专利技术属性】
技术研发人员：敬承斌，郭洪，胡志高，杨平雄，褚君浩，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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