CN100449341C - 微结构光纤选择填充方法及判断对准*** - Google Patents

Abstract

一种微结构光纤选择填充方法及判断对准***，其填充方法是由如下步骤完成：1)拉制单孔光纤；2)预对准，将拉制的单孔光纤和待填充的光子晶体光纤进行端面切割处理并对准中心孔心；3)精确对准，使用判断对准***精确对准单孔光纤与光子晶体光纤的中心孔心；4)完成填充。所述的判断对准***，是由激光器、耦合器、功率计依次设置构成，检测中，将紧密对接的单孔光纤和光子晶体光纤设置在耦合器与功率计之间。本发明适用于对所有纤芯孔尺寸大于或等于所用单孔光纤的禁带型光纤进行中心孔的选择填充。本发明只需要一小段单孔光纤，就可以对各种结构的禁带型光纤进行纤芯孔的填充了。同时减少单孔光纤的长度或增大空气孔的尺寸，可以适当减少填充时间。

Description

微结构光纤选择填充方法及判断对准***

技术领域

本发明涉及一种光纤选择填充方法。特别是涉及一种可以对各种结构的禁带型光纤进行纤芯的填充的微结构光纤选择填充方法及判断对准***。

背景技术

目前，关于光子晶体光纤的研究在国内外迅速开展起来。光子晶体光纤的结构特点就是横截面上存在着沿光纤轴向无限延伸的周期性分布的微气孔结构。这些气孔的大小和结构分布提供了一个很大的设计自由空间，同时如果向空气孔中引入新的材料，光在其中的传输特性有可能会发生改变，可以借此获得许多光子晶体光纤功能器件，如光衰减器、光滤波器、光开关、色散补偿器等，也可以用在传感或非线性的研究上。国际上在基于微结构光纤填充的实验研究方面投入比较大，成果也很多。

选择填充就是在光子晶体光纤的包层孔或者纤芯孔中引入所需材料，甚至于在包层孔的某一个或某几个孔当中进行填充。但是现在的研究还没考虑对包层孔的一个或几个孔填充，因为这有相当的难度。

2004年Yanyi Huang等人根据液体在不同大小的包层孔和中心孔流速不同的原理，通过圆柱形孔中层流流速公式 $v=-\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{pr}}^2}{8\mathrm{l\μ}}$ 的分析，得到填充速度和孔的半径成平方关系，孔越大填充速度越快，相同时间内在纤芯孔中的填充距离大，利用这个原理，经过反复的填充-紫外线固化-切断-填充…多个步骤，实现了对纤芯孔的选择填充。但是这种选择填充方法显得过于复杂，需要多次的“填充-紫外固化-切断”操作。而且要有很好的监控设备，否则很难清楚地判断包层孔中液体和纤芯孔中液体的准确位置。因此它对实验的条件要求很高。这种方法实际上还有两个缺点：一是它只能用来填充包层孔和纤芯孔尺寸差别较大的光纤；二是填充的材料必须是可固化的或者要掺入固化剂，这极大地限制了此方法的应用。

另一种完全不同的方法是由Limin Xiao等人提出，他们利用传统的普通熔接机，因为放电的电弧能量在光纤端面有一个分布：从包层孔区到纤芯孔逐渐减小，这样在光纤端面就形成了一个温度梯度(包层孔区温度高于纤芯孔)，很容易使光纤端面的包层孔塌陷，结果就是将端面的包层孔堵住，而只留下了纤芯孔畅通。孔的塌陷性质取决于熔接电流，熔接持续时间和光纤的偏移位置这三个因素，如果放电参数设置不当，在放电的时候就会出现中心孔一起塌陷或者包层孔塌陷不完全的现象，所以他们对此进行了足够详细的分析实验。显然这种方法比第一种方法简单并且易于操作。对于同一种光纤，一旦放电参数确定了，以后的实验只要按照这个放电参数操作就行了。但是这种方法也受到一定的限制，它要求中心孔和包层孔的直径差距最好有倍数关系，而其主要缺点是对于不同结构参数的光子晶体光纤，放电参数也会差距很大，对于一种结构模式的光纤要经过多次实验才能确定一组放电参数，而对于另一结构模式的光纤，所有的放电参数又要重新确定。因此这种方法虽然说是简单易行，真正操作起来还是要有相当的经验技巧才行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以对各种结构的禁带型光纤进行纤芯的填充的微结构光纤选择填充方法及判断对准***。

本发明所采用的技术方案是：一种微结构光纤选择填充方法及判断对准***，其填充方法是由如下步骤完成：

1)拉制单孔光纤，即，拉制一段所需长度的与待填充的光子晶体光纤对应的单孔光纤；

2)预对准，将拉制的单孔光纤和待填充的光子晶体光纤进行端面切割处理并对准中心孔心；

3)精确对准，使用判断对准***精确对准单孔光纤与光子晶体光纤的中心孔心；

4)完成填充。

所述的被拉制的单孔光纤的结构是由最外层的包层、中间层的纤芯孔和中心的空气孔形成。

所述的预对准是通过肉眼或者CCD成像***两者之一，使单孔光纤和待填充的光子晶体光纤二者的中心孔心在一条直线上。

所述的使用对准***，是利用激光器使激光通过耦合器、单孔光纤的纤芯孔、待填充的光子晶体光纤中心孔后，到达功率计，通过功率计显示的读数来判断二者的对准情况。

所述的填充，是将单孔光纤的另一端***待填液体中，依靠毛细管现象使液体经过单孔光纤直接导入到整个光子晶体光纤的中心孔。

其判断对准***，是由激光器、耦合器、功率计依次设置构成，检测中，将紧密对接的单孔光纤和光子晶体光纤设置在耦合器与功率计之间。

本发明的微结构光纤选择填充方法及判断对准***，适用于对所有纤芯尺寸大于或等于所用单孔光纤的禁带型光纤进行中心孔的选择填充。本发明只需要一小段单孔光纤，就可以对各种结构的禁带型光纤进行纤芯孔的填充了。同时减少单孔光纤的长度或增大空气孔的尺寸，可以适当减少填充时间。

附图说明

图1是光纤填充示意图；

图2是单孔光纤截面示意图；

图3是判断对准***结构示意图。

其中：

1：激光器    2：耦合器

3：单孔光纤  4：光子晶体光纤

5：功率计    6：液体

7：包层      8：纤芯孔

9：空气孔    10：激光

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的微结构光纤选择填充方法及判断对准***做出详细说明。

如图1所示，本发明的微结构光纤选择填充方法的原理是：拉制一小段单孔光纤3，使其纤芯孔直径小于等于光子晶体光纤4中心孔直径，将其与光子晶体光纤4紧密对接，保证二者的中心孔心在一条直线上。然后将单孔光纤3的一端***将要填充的液体中，利用毛细现象，使液体6沿着单孔光纤3的纤芯进入晶体光纤4的纤芯中。

本发明的微结构光纤选择填充方法，具体是由如下步骤完成：

1)拉制单孔光纤，即，拉制一段所需长度(实验中只需1-2cm)的与待填充的光子晶体光纤对应的单孔光纤。

如图2所示，本发明所拉制的单孔光纤截面是由最外层的包层7、中间层的纤芯孔(掺杂区)8、空气孔9构成，图中所示的纤芯孔8及包层7的材料和传统单模光纤材料相同。只是本发明所拉制的单孔光纤的纤芯孔和包层的折射率相差0.051，以便高效地将光限制在纤芯孔传输(此时中间空气孔不能导光)。

设被拉制的单孔光纤的纤芯孔直径为a，单孔光纤的直径为b，待填充光子晶体光纤的中心孔直径为c，那么，被拉制的单孔光纤的纤芯孔直径a与待填充光子晶体光纤中心孔直径c的对应关系是：a≤c。

根据实际中的应用，本发明设定以下相关参数，对于单孔光纤，空气孔9、纤芯孔8、包层7的直径分别设为2.5μm，5μm，125μm。纤芯孔8和包层7的折射率差设为0.051。

所用激光波长0.96μm。对于光子晶体光纤，包层孔直径、包层孔间距、纤芯孔直径分别为4.5μm，5μm，6μm。单孔光纤的空气孔9越大，填充的速度就会越快，但是要以单孔光纤的纤芯孔8的直径小于等于光子晶体光纤的中心孔直径为前提。假如我们拉制了一段纤芯孔直径为5μm的单孔光纤，那对于所有纤芯孔(即中心孔)直径大于等于5μm的光子晶体光纤都可以用这一段光纤进行填充了。因此对于我们进行填充实验来说，这种方法很方便实用。

2)预对准，将拉制的单孔光纤3和待填充的光子晶体光纤4进行端面切割处理并对准中心孔进行固定。预对准是通过肉眼或者CCD成像***，使单孔光纤和待填充的光子晶体光纤二者的中心孔基本在一条直线上。

3)精确对准，使用判断对准***精确对准单孔光纤与光子晶体光纤的孔心。如何保证单孔光纤和光子晶体光纤的中心孔心在一条直线上是填充能否成功的关键。如果中心孔心对准出现错位，填充材料就很容易进入到包层中。

本发明采用如图3所示的判断对准***来判断单孔光纤纤芯孔的孔心与光子晶体光纤的中心孔心是否在一条直线上。

具体做法是：通过激光器1将激光10经耦合器2穿过单孔光纤3的纤芯孔8，从另一端进入光子晶体光纤4的中心孔，在光子晶体光纤4的另一端利用功率计5探测，通过观察功率计5的读数并根据模拟分析，可以判断二者中心对准与否。

根据中心偏移的多少进行模拟得到图像的结果，激光10从单孔光纤端面进入，在纤芯孔传输，但是不能在中心孔传输，然后进入光子晶体光纤，模拟的结果显示了从光子晶体光纤另一端出射的光能的分布。可以发现，中心孔偏移的量越大，探测到的光能量就越少，无偏移时能量集中并且最大，随着偏移量增大，能量开始变得不对称并迅速减少，所以可以根据探测到的出射光能量大小适时地调整单孔光纤与光子晶体光纤的相对位置，当探测到的光能最大时就可以确定二者中心对准了。

4)完成填充。所述的填充，是将单孔光纤的另一端***待填液体中，依靠毛细管现象使液体经过单孔光纤直接导入到整个光子晶体光纤的中心孔。

即，当确定单孔光纤和光子晶体光纤二者的孔心在一条直线上后，将单孔光纤的另一端***到注射器针头的液体中，利用毛细现象，液体就会沿着单孔光纤纤芯孔进入禁带光纤的纤芯中。

如图3所示，本发明的判断对准***，是由激光器1、耦合器2、功率计5依次设置构成，检测时将紧密对接的单孔光纤3和光子晶体光纤4设置在耦合器2与功率计5之间，其中单孔光纤3的另一端位于耦合器2的一侧，光子晶体光纤4另一端位于功率计5的一侧，从而就能够精确地确定单孔光纤3和光子晶体光纤4二者中心是否对准，并进行精确地对准。

Claims (5)

1.一种微结构光纤选择填充方法，其特征在于，是由如下步骤完成：

1)拉制单孔光纤，即，拉制一段所需长度的与待填充的光子晶体光纤对应的单孔光纤，被拉制的单孔光纤的纤芯孔直径小于等于光子晶体光纤中心孔直径；

2)预对准，将拉制的单孔光纤和待填充的光子晶体光纤进行端面切割处理并对准中心孔心；

3)精确对准，使用判断对准***精确对准单孔光纤与光子晶体光纤的中心孔心；

4)完成填充，所述的填充，是将单孔光纤的另一端***待填液体中，依靠毛细管现象使液体经过单孔光纤直接导入到整个光子晶体光纤的中心孔。

2.根据权利要求1所述的微结构光纤选择填充方法，其特征在于，所述的被拉制的单孔光纤的结构是由最外层的包层(7)、中间层的纤芯孔(8)和中心的空气孔(9)形成。

3.根据权利要求1所述的微结构光纤选择填充方法，其特征在于，所述的预对准是通过肉眼或者CCD成像***两者之一，使单孔光纤和待填充的光子晶体光纤二者的中心孔心在一条直线上。

4.根据权利要求1所述的微结构光纤选择填充方法，其特征在于，所述的使用对准***，是利用激光器使激光通过耦合器、单孔光纤纤芯孔、待填充的光子晶体光纤中心孔后，到达功率计，通过功率计显示的读数来判断单孔光纤和光子晶体光纤二者的对准情况。

5.一种判断对准***，其特征在于，是由激光器(1)、耦合器(2)、功率计(5)依次设置构成，检测中，将紧密对接的单孔光纤(3)和光子晶体光纤(4)设置在耦合器(2)与功率计(5)之间。

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