CN110456445A - 光纤、光纤激光器、光纤的制备方法及光纤制造设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供一种光纤、光纤激光器、光纤的制备方法及光纤制造设备，涉及光纤领域，可以得到掺有统一取向的液晶的光纤。一种光纤，包括：光子晶体光纤本体，所述光子晶体光纤本体内部呈中空；所述光纤还包括：设置于所述光子晶体光纤本体内的取向层以及填充于所述光子晶体光纤本体内的液晶；所述取向层设置于所述光子晶体光纤本体的表面上，且所述取向层在所述光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形。
Description
技术领域
本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种光纤、光纤激光器、光纤的制备方法及光纤制造设备。
背景技术
光纤，是光导纤维的简称，是一种由玻璃制成的纤维，可作为光传导工具。
光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber，PCF)又称为微结构光纤或多孔光纤，通常含有不同排列形式的气孔，因此其横截面上的折射率分布比较复杂，是一种特殊形式的光纤。相对于普通光纤来说，光子晶体光纤具有许多优良特性，比如无截止单模传输、设计灵活、模场面积和非线性系数可控等，因此，光子晶体光纤是目前国内外光纤领域研究的一大热点。
发明内容
本发明的实施例提供一种光纤、光纤激光器、光纤的制备方法及光纤制造设备，可以得到掺有统一取向的液晶的光纤。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供了一种光纤，包括：光子晶体光纤本体，所述光子晶体光纤本体内部呈中空；所述光纤还包括：设置于所述光子晶体光纤本体内的取向层以及填充于所述光子晶体光纤本体内的液晶；所述取向层设置于所述光子晶体光纤本体的表面上，且所述取向层在所述光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形。
可选地，所述液晶为向列相液晶。
可选地，所述取向层的取向方向为环绕所述光子晶体光纤本体的长轴的环形方向；或者，所述取向层的取向方向与所述光子晶体光纤本体的长轴方向平行。
可选地，所述取向层的材料包括聚丙烯亚胺、聚酰亚胺中的至少一种。
再一方面，本发明的实施例还提供一种光纤激光器，包括：如上所述的光纤，以及正电极和负电极；所述正电极和所述负电极关于所述光纤的长轴方向对称。
另一方面，本发明的实施例还提供一种光纤的制备方法，其特征在于，包括：将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内；其中，所述光子晶体光纤本体内部呈中空；对所述光子晶体光纤本体进行加热，并使加热温度达到所述液晶的清亮点以上；利用线偏振光照射内部灌注有所述混合液的所述光子晶体光纤本体，使所述混合液中的聚合物聚合在所述光子晶体光纤本体的表面，形成取向层；其中，所述取向层在所述光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形，且所述液晶沿所述取向层的取向方向排布。
可选地，将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内，包括：将液晶与聚合物的混合液，利用抽真空方法，灌注于所述光子晶体光纤本体内。
又一方面，本发明的实施例还提供一种光纤制造设备，包括：加热机台和线偏振光提供装置；所述加热机台用于承载内部灌注有液晶与聚合物的混合液的光子晶体光纤本体，并对所述光子晶体光纤本体进行加热；所述线偏振光提供装置设置于所述加热机台的承载所述光子晶体光纤本体的一侧，所述线偏振光提供装置用于发出线偏振光并射向所述加热机台。
可选地，所述线偏振光提供装置包括紫外线光源和线光栅；所述紫外线光源用于提供紫外光；所述线光栅设置于所述紫外线光源和所述加热机台之间，所述线光栅用于将入射的紫外光转换为线偏振光出射。
可选地，所述紫外线光源的主波峰在313nm-480nm之间。
可选地，所述线偏振光提供装置还包括带通滤波片，设置于所述紫外线光源与所述线光栅之间；所述带通滤波片可通过的光的波长大于300nm。
本发明的实施例提供一种光纤、光纤激光器、光纤的制备方法及光纤制造设备，包括内部呈中空的光子晶体光纤本体、设置于光子晶体光纤本体内的取向层以及填充于光子晶体光纤本体内的液晶，通过在光子晶体光纤本体的表面上设置取向层，且取向层在光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形，该取向层使得光子晶体光纤本体内的液晶排列有序，从而得到掺有统一取向的液晶的光纤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明的实施例提供的一种光纤的结构示意图；
图1b为图1a沿光纤的长轴方向的投影示意图；
图1c为图1a中AA′向剖视示意图；
图2a为本发明的实施例提供的另一种光纤的结构示意图；
图2b为图2a沿光纤的长轴方向的投影示意图；
图2c为图2a中BB′向剖视示意图；
图3为本发明的实施例提供的一种取向方向为环形方向的示意图；
图4a为本发明的实施例提供的另一种取向方向为环形方向的示意图；
图4b为本发明的实施例提供的再一种取向方向为环形方向的示意图；
图4c为本发明的实施例提供的又一种取向方向为环形方向的示意图；
图5为本发明的实施例提供的一种光纤激光器的示意图；
图6a为图5所示的光纤激光器工作时的示意图；
图6b为图6a中EE′向剖视示意图；
图7为本发明的实施例提供的另一种光纤激光器的示意图；
图8a为图7所示的光纤激光器工作时的示意图；
图8b为图8a中FF′向剖视示意图；
图9为本发明的实施例提供的一种光纤的制备方法流程图；
图10为本发明的实施例提供的一种光纤制造设备的结构示意图；
图11a为本发明的实施例提供的另一种光纤制造设备的结构示意图；
图11b为本发明的实施例提供的再一种光纤制造设备的结构示意图；
图12a为本发明的实施例提供的又一种光纤制造设备的结构示意图；
图12b为本发明的实施例提供的又一种光纤制造设备的结构示意图。
附图标记：
1-光纤；2-光纤激光器；3-正电极；4-负电极；10-光子晶体光纤本体；20-取向层；30-液晶；40-加热机台；50-线偏振光提供装置；501-紫外线光源；502-线光栅；503-带通滤波片；60-线偏振光。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的实施例提供一种光纤，如图1a和图2a所示，包括光子晶体光纤本体10，光子晶体光纤本体10内部成中空。
需要说明的是，光子晶体光纤本体10自内而外的包括芯层、包层以及涂覆层。光子晶体光纤本体10的横截面为圆形，芯层、包层以及涂覆层均同心，芯层位于光子晶体光纤本体10的最内层，芯层的中心具有圆形孔，即为光子晶体光纤本体10内部的中空区域。
如图1a和图2a所示，光纤1还包括：设置于光子晶体光纤本体10内的取向层20以及填充于光子晶体光纤本体10内的液晶30。
其中，取向层20用于使填充于光子晶体光纤本体10内的液晶30在预定方向上取向。
如图1b和图2b所示，取向层20设置于光子晶体光纤本体10的表面上，且取向层20在光子晶体光纤本体10的长轴方向的投影形状为环形。
其中，光子晶体光纤本体10的延长方向即为长轴方向X。
本发明的实施例提供一种光纤，包括内部呈中空的光子晶体光纤本体10、设置于光子晶体光纤本体10内的取向层20以及填充于光子晶体光纤本体10内的液晶30，通过在光子晶体光纤本体10的表面上设置取向层20，且取向层20在光子晶体光纤本体10的长轴方向的投影形状为环形，该取向层20使得光子晶体光纤本体10内的液晶排列有序，从而得到掺有统一取向的液晶30的光纤。
可选地，液晶30为向列相液晶。
向列相液晶由长径比很大的棒状分子所组成，粘度小，富于流动性，易于根据取向层20的取向方向进行排列。此外，液晶30还可以为胆甾相液晶。针对向列相液晶或胆甾相液晶，均可以为正性液晶或负性液晶。
可选地，如图1a、图3、图4a、图4b和图4c所示，取向层20的取向方向为环绕光子晶体光纤本体10的长轴的环形方向L；或者，如图2a和图2c所示，取向层20的取向方向与光子晶体光纤本体10的长轴方向X平行。
如图1a所示，当取向层20的取向方向为环绕光子晶体光纤本体10的长轴的环形方向L时，如图1b和图1c所示，所有液晶30的长轴将沿环形方向L呈环形排布。此处，相对于光子晶体光纤本体10的长轴方向X，取向层20形成的环形方向L不同，对应的液晶30排布不同。
此处，针对取向层20的取向方向为环绕光子晶体光纤本体10的长轴的环形方向L，需要说明的是，如图3所示，以光子晶体光纤本体10的长轴方向X为基准，建立直角坐标系XYZ，环形方向L所在平面的法线方向为n时，该法线方向n与XOZ平面的夹角为α，与XOY平面的夹角为β。其中，-90°＜α＜90°，-90°＜β＜90°。
示例的，如图4a所示，当取向层20的取向方向为环形方向L1时，该环形方向L1所在平面的法线方向n1与XOZ平面的夹角α为0度，与XOY平面的夹角β为0度，则液晶30的长轴沿环形方向L1呈环形排布；如图4b所示，当取向层20的取向方向为环形方向L2时，该环形方向L2所在平面的法线方向n2与XOZ平面的夹角α为45度，与XOY平面的夹角β为0度，则液晶30的长轴沿环形方向L2呈环形排布；如图4c所示，当取向层20的取向方向为环形方向L3时，该环形方向L3所在平面的法线方向n3与XOZ平面的夹角α为45度，与XOY平面的夹角为45度，液晶30的长轴沿环形方向L3呈环形排布。
可选地，取向层20的材料包括聚丙烯亚胺、聚酰亚胺中的至少一种。
当取向层20的材料既既包括聚丙烯亚胺又包括聚酰亚胺时，可以在制备过程中，提高光配向的效果。
需要说明的是，取向层20的材料还可以包括其他材料，本发明对此没有限定。
本发明的实施例还提供一种光纤激光器2，如图5和图7所示，包括如上所述的光纤1，以及正电极3和负电极4。正电极3和负电极4关于光纤的长轴方向X对称。
其中，正电极3和负电极4的设置位置可以互换。
当正电极3和负电极4没有工作时，如图5和图7所示，光在光纤1中以全反射方式，沿光纤10的长轴方向X进行传播。
当正电极3和负电极4处于工作状态时，如图6a、图6b、图8a和图8b所示，形成的电场方向与光纤1的长轴方向X垂直。
需要说明的是，在电场的作用下，处于电场区域中的液晶30，将随着电场强度的大小发生偏转，偏转后的液晶30在光的传播方向上的折射率发生变化，相当于在光子晶体光纤本体10的光子晶体中引入了缺陷，破坏了光子晶体的周期结构特性，由此，具有缺陷的光子晶体，将在光子带隙中形成相应的缺陷能级，只允许特定频率的光通过，而其他频率的光落在该光子带隙中不能传播。
此外，由于不同波段的光在液晶30中的折射率不同，通过电场调整液晶30的偏转方向，使得液晶30对特定波长的光的折射率与光子晶体光纤本体10对该特定波长的光的折射率相同，从而使得该特定波长的光无法发生全反射，无法继续传播，而从正电极3或负电极4所在位置处出射。
示例的，如图6a和图6b所示，液晶30沿取向层20的环形方向呈环形排布，在正电极3和负电极4形成的电场区域(如图6a中C所指示的区域)中，随着电场强度的增加，液晶30发生偏转，并且如图6b所示，液晶30的长轴在电场的作用下逐渐与电场方向一致。
如图8a和图8b所示，液晶30沿取向层20的线性方向呈线性排布，在正电极3和负电极4形成的电场区域(如图8a中D所指示的区域)中，随着电场强度的增加，液晶30发生偏转，并且如图8b所示，液晶30的长轴在电场的作用下逐渐与电场方向一致。
本发明的实施例还提供一种光纤的制备方法，如图9所示，包括：
S10、将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内。其中，光子晶体光纤本体内部呈中空。
聚合物包括聚丙烯亚胺、聚酰亚胺中的至少一种。
可选地，上述S10中，将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内，包括：
将液晶与聚合物的混合液，利用抽真空方法，灌注于光子晶体光纤本体内。
抽真空方法时，可将光子晶体光纤本体的一端开口封住，从另一端开口处利用真空泵抽出空气，直至将光子晶体光纤本体的中空区域抽成真空状态，然后，再利用压差使液晶灌注于光子晶体光纤本体中。
此处，将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内，还可以使用蠕动泵等其他方法。
S20、对光子晶体光纤本体进行加热，并使加热温度达到液晶的清亮点以上。
液晶的清亮点指的是从浑浊转变为透明，从具有双折射特性转变为各向同性时，相应的转变温度。由此，当加热温度达到液晶的清亮点以上时，液晶将会变成透明且无双折射特性的状态。
需要说明的是，相对于液晶，混合液中的聚合物与光子晶体光纤本体中的玻璃材质之间，具有良好的亲和能力，并且温度越高，亲和能力越强。由此，将光纤加热至清亮点以上，在高温的情况下，混合液中的聚合物快速向光子晶体光纤本体移动靠近，与液晶逐渐分离。
S30、利用线偏振光照射内部灌注有混合液的光子晶体光纤本体，使混合液中的聚合物聚合在光子晶体光纤本体的表面，形成取向层。
其中，取向层在光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形，且液晶沿取向层的取向方向排布。
在聚合物向光子晶体光纤本体移动靠近的同时，由于受到线偏振光的照射，聚合物的分子键发生断裂、重组，从而使得聚合物在光子晶体光纤本体的表面上，实现沿偏振光偏振方向的取向，形成取向层，进而使得液晶沿取向层的取向排布。
本发明的实施例提供一种光纤的制备方法，通过将液晶与聚合物的混合液灌注于内部呈中空的光子晶体光纤本体中，再通过加热，且加热温度达到液晶的清亮点以上，使得混合液中的聚合物向光子晶体光纤本体移动，与液晶逐渐分离；同时利用线偏振光照射，使聚合物的分子键发生断裂、重组，最终在光子晶体光纤本体的表面上，实现沿偏振光偏振方向的取向，形成取向层，进而形成液晶沿取向层的取向排布的光纤。
本发明的实施例还提供一种光纤制造设备，如图10所示，包括：加热机台40和线偏振光提供装置50。
加热机台40用于承载内部灌注有液晶30与聚合物的混合液的光子晶体光纤本体10，并对光子晶体光纤本体10进行加热。
线偏振光提供装置50设置于加热机台40的承载光子晶体光纤本体10的一侧，线偏振光提供装置50用于发出线偏振光60并射向加热机台40。
本发明的实施例提供一种光纤制造设备，通过加热机台40对灌注有液晶与聚合物的混合液的光子晶体光纤本体10通过加热，使得混合液中的聚合物向光子晶体光纤本体10移动，与液晶30逐渐分离；同时利用线偏振光提供装置50发出的线偏振光60射向加热机台40，照射光子晶体光纤本体10，使聚合物的分子键发生断裂、重组，最终在光子晶体光纤本体10的表面上，实现沿线偏振光60偏振方向的取向，形成取向层20，进而形成液晶30沿取向层20的取向排布的光纤。
可选地，如图11a和图11b所示，线偏振光提供装置50包括紫外线光源501和线光栅502。
紫外线光源501用于提供紫外光。
其中，紫外光的能量高，在光配向时使用紫外光，将聚合物分子键断开，从而达到配向作用。
示例的，紫外线光源501的型号可以选择USH-250BY。
线光栅502设置于紫外线光源501和加热机台40之间，线光栅502用于将入射的紫外光转换为线偏振光60出射。
需要说明的是，如图11a所示，线光栅502的光栅狭缝与光纤的长轴方向X垂直，基于此，紫外光经线光栅502形成线偏振光60，该线偏振光60射向加热机台40上的灌注有液晶30的光子晶体光纤本体10，形成的取向层20的取向方向为环绕光子晶体光纤本体10的长轴的环形方向。
如图11b所示，线光栅502的光栅狭缝与光纤的长轴方向X平行，基于此，紫外光经线光栅502形成线偏振光60，该线偏振光60射向加热机台40上的灌注有液晶30的光子晶体光纤本体10，形成的取向层20的取向方向与光子晶体光纤本体10的长轴方向平行。
可选地，紫外线光源501的主波峰在313nm-480nm之间。
可选地，如图12a和图12b所示，线偏振光提供装置50还包括带通滤波片503，设置于紫外线光源501与线光栅502之间。
其中，带通滤波片503可通过的光的波长大于300nm。
液晶30对低频高能的紫外光比较敏感，由此，在紫外线光源501和线光栅502之间设置了带通滤波片503，以防止液晶30被破坏。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种光纤，其特征在于，包括：光子晶体光纤本体，所述光子晶体光纤本体内部呈中空；
所述光纤还包括：设置于所述光子晶体光纤本体内的取向层以及填充于所述光子晶体光纤本体内的液晶；
所述取向层设置于所述光子晶体光纤本体的表面上，且所述取向层在所述光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述液晶为向列相液晶。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述取向层的取向方向为环绕所述光子晶体光纤本体的长轴的环形方向；或者，
所述取向层的取向方向与所述光子晶体光纤本体的长轴方向平行。
4.根据权利要求1或3所述的光纤，其特征在于，所述取向层的材料包括聚丙烯亚胺、聚酰亚胺中的至少一种。
5.一种光纤激光器，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述的光纤，以及正电极和负电极；
所述正电极和所述负电极关于所述光纤的长轴方向对称。
6.一种光纤的制备方法，其特征在于，包括：
将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内；其中，所述光子晶体光纤本体内部呈中空；
对所述光子晶体光纤本体进行加热，并使加热温度达到所述液晶的清亮点以上；
利用线偏振光照射内部灌注有所述混合液的所述光子晶体光纤本体，使所述混合液中的聚合物聚合在所述光子晶体光纤本体的表面，形成取向层；其中，所述取向层在所述光子晶体光纤本体的长轴方向的投影形状为环形，且所述液晶沿所述取向层的取向方向排布。
7.根据权利要求6所述的光纤的制备方法，其特征在于，将液晶与聚合物的混合液，灌注于光子晶体光纤本体内，包括：
将液晶与聚合物的混合液，利用抽真空方法，灌注于所述光子晶体光纤本体内。
8.一种光纤制造设备，其特征在于，包括：加热机台和线偏振光提供装置；
所述加热机台用于承载内部灌注有液晶与聚合物的混合液的光子晶体光纤本体，并对所述光子晶体光纤本体进行加热；
所述线偏振光提供装置设置于所述加热机台的承载所述光子晶体光纤本体的一侧，所述线偏振光提供装置用于发出线偏振光并射向所述加热机台。
9.根据权利要求8所述的光纤制造设备，其特征在于，所述线偏振光提供装置包括紫外线光源和线光栅；
所述紫外线光源用于提供紫外光；
所述线光栅设置于所述紫外线光源和所述加热机台之间，所述线光栅用于将入射的紫外光转换为线偏振光出射。
10.根据权利要求9所述的光纤制造设备，其特征在于，所述紫外线光源的主波峰在313nm-480nm之间。
11.根据权利要求9所述的光纤制造设备，其特征在于，所述线偏振光提供装置还包括带通滤波片，设置于所述紫外线光源与所述线光栅之间；
所述带通滤波片可通过的光的波长大于300nm。
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