CN111847862A - 一种光子晶体光纤预制棒的制备方法及其排管设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光子晶体光纤预制棒的制备方法及其排管设备，该方法中，首先使用排列六边形组件堆叠光子晶体光纤预制棒的包层结构六边形毛细管，排列后的毛细管组件边长范围是6mm‑50mm；然后使用毛细棒填充在六边形组件***，通过排列圆形组件使填充后的毛细管组件外缘呈现一个圆形，填充完毕后固定。移调排列六边形组件和排列圆形组件，将排列之后的组件整体***套管里，最后组合预制棒两端烧实固定。本发明方法及其排管设备有利于光纤在预制棒制备阶段结构有序且稳定，结构可变的范围较大，毛细棒填充方式灵活方便。在套管组合之前就与毛细棒集束，提前填充了间隙，大大提高了制备的成功率。

Description

一种光子晶体光纤预制棒的制备方法及其排管设备
技术领域
本发明属于微结构光纤技术领域，尤其涉及一种光子晶体光纤预制棒的制备方法及其排管设备。
背景技术
光子晶体是指在材料结构上由两种不同光学尺度的介质周期排列而成，而光子晶体光纤是光子晶体最为成功的应用。1992年，英国巴斯大学Russell等人首次提出光子晶体光纤，这种光纤的结构是沿轴向排列着均匀分布的贯穿孔洞，光纤横截面上呈现空气孔的周期性排列。与常规的光纤不同，通常情况下，光子晶体光纤是由单一的石英材料组成，其波导结构灵活可调，具有较多优势特性，无尽单模传输、大模场面积单模传输、色散可控、非线性效应可控以及强双折射效应等，以其独特的导光机制以及广阔的应用引起了极大的研究兴趣。1996年，Knight制备出了第一根光子晶体光纤样品，该光纤的导光机制是是全内反射。1999年，第一根光子带隙型的光子晶体光纤出现，这种光纤的导光机理是基于光子带隙。包层中分布的二维布拉格结构限制了某些波段的光进行横向传输，但是纤芯是一个大的空气孔，形成缺陷，这一波段的光被限制在纤芯中进行传输而不会从包层中泄露，这一波段的光就形成传输带。光是在空气孔中传输，所以这一光纤的出现对光子晶体的发展产生了质的影响。之后的几年中，各种各样的光子晶体光纤相继拉制成功，光子晶体光纤的制备技术也越来越成熟，这些光子晶体光纤都有自己的独特优势，如保偏光子晶体光纤、无截止单模光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤等，这些新型光纤的开发，吸引了学术界的关注。
光子晶体光纤的预制棒制备方法有很多种，比如堆积法、挤压法以及钻孔法等，其中最为常见的就是毛细管堆积法，这种方法制备的光子晶体预制棒结构灵活可调，可以将光子晶体光纤结构设计成为规则六角形、蜘蛛网型、双芯和多芯型等。光纤的性能也取决于纤芯和包层的设计，在进行PCF制备的过程中，首先根据设计图纸的要求，在专用的排管器上进行堆积，然后将此组件***配套的套管中再进行间隙毛细棒填充，保持结构稳定，完成之后将此预制棒放在高温拉丝炉中进行中间体拉伸或者光纤拉丝。预制棒的制备过程中需要将上百根毛细管规则排列在一起，还需要将不同尺寸的毛细棒在组件外缘进行填充，所以合适的堆积设备非常有助于提高制备效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种光子晶体光纤预制棒的制备方法及其排管设备，有利于光纤在预制棒制备阶段结构有序且稳定，结构可变的范围较大，毛细棒填充方式灵活方便。在套管组合之前就与毛细棒集束，提前填充了间隙，大大提高了制备的成功率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：首先提供一种光子晶体光纤预制棒的制备方法，该方法包括以下步骤，该方法包括以下步骤，步骤一，使用排列六边形组件堆叠光子晶体光纤预制棒的包层结构六边形毛细管，排列后的毛细管组件边长范围是 6mm-50mm；步骤二，使用毛细棒填充在六边形组件***，通过排列圆形组件使填充后的毛细管组件外缘呈现一个圆形，填充完毕后固定；步骤三，移调排列六边形组件和排列圆形组件，将排列之后的组件整体***套管里；步骤四，组合预制棒两端烧实固定。
按上述技术方案，在圆形中毛细管组件六个边上的间隙中填充毛细棒，根据组件大小以及六个边与模块组内圆的间隙大小调节。
按上述技术方案，毛细管的尺寸范围为1mm-3mm。
本发明还提供一种光子晶体光纤预制棒制备方法中的排管设备，排管设备上具有至少两组排列模块，分别为排列六边形组件以及排列圆形组件，排列六边形组件由模块A和模块D组成，边长大小根据预制棒结构而定，模块位置可根据组件长度调整；六边形组件排列完成后将A、D形状固定，模块A、模块D位于毛细管组件的两端；六边形组件由毛细棒配合模块B、模块C完成圆排列，模块B、模块C内部是圆形，直径可调，范围是 0mm-100mm，模块B、模块C模块的位置以及高度可调。
按上述技术方案，模块B、模块C内圆中心线在进行制备过程中与六边形组件中心轴在同一水平线上，内圆几何尺寸根据六边形毛细管组件的最大外缘尺寸而定。
填充毛细棒后的毛细管组件外缘呈现圆形，外径尺寸与B、C模块组内圆相对应。B、C模块组内圆锁紧，进行外圆组件的固定，套管中心轴与组件中心轴放置在同一高度上，外圆组件逐步推进套管里。
本发明产生的有益效果是：采用本发明光子晶体光纤预制棒的制备方法与设备，毛细棒和毛细管整体的组件与套管组合结构稳定，光纤成品率高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中六边形毛细管组件结构示意图；
图2是本发明实施例中毛细棒填充组件结构示意图；
图3是本发明实施例中排管设备结构示意图；
图4是本发明实施例中光子晶体光纤结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，提供一种光子晶体光纤预制棒的制备方法，该方法包括以下步骤，步骤一，使用排列六边形组件堆叠光子晶体光纤预制棒的包层结构六边形毛细管，排列后的毛细管组件边长范围是6mm-50mm，如图1所示；步骤二，使用毛细棒填充在六边形组件***，通过排列圆形组件使填充后的毛细管组件外缘呈现一个圆形，如图2所示，填充完毕后固定；步骤三，移调排列六边形组件和排列圆形组件，将排列之后的组件整体***套管里；步骤四，组合预制棒两端烧实固定。在圆形中毛细管组件六个边上的间隙中填充毛细棒，毛细棒的尺寸范围为0.3mm-3mm，根据组件大小以及六个边与模块组内圆的间隙大小调节。毛细管的尺寸范围为1mm-3mm。
用于上述光子晶体光纤预制棒制备方法中的排管设备上，具有至少两组排列模块，分别为排列六边形组件以及排列圆形组件，排列六边形组件由模块A和模块D组成，边长大小根据预制棒结构而定，模块位置可根据组件长度调整；六边形组件排列完成后将模块A、模块D形状固定，模块A、模块D位于毛细管组件的两端；六边形组件由毛细棒配合模块 B、模块C完成圆排列，模块B、模块C内部是圆形，直径可调，范围是0mm-100mm，模块B、模块C模块的位置以及高度可调。模块B、模块C内圆中心线在进行制备过程中与六边形组件中心轴在同一水平线上，内圆几何尺寸根据六边形毛细管组件的最大外缘尺寸而定。
填充毛细棒后的毛细管组件外缘呈现圆形，外径尺寸与B、C模块组内圆相对应。B、C模块组内圆锁紧，进行外圆组件的固定，套管中心轴与组件中心轴放置在同一高度上，外圆组件逐步推进套管里。。
如图4所示，光纤的包层结构是蜂窝状空气孔，纤芯由纯石英或者是大的缺陷孔组成，通过光场在传输过程中的不同参数进行光纤结构设计，进而在预制棒制备中进行毛细管尺寸、占空比、长度以及堆叠层数的设计，毛细管尺寸范围为1mm到3mm。配合排管器的六边形排列模块进行毛细管六边形组件堆叠，模块的边长可调节范围为10mm到50mm。同时，配合排管器的圆排列模块进行毛细棒填充，使填充后的组件外缘呈现一个圆形，圆排列模块内径大小可调，调节范围从0到200mm，适应填充组件外圆大小，保持内部毛细管排列有序，与不同占空比的套管稳定组合，完成预制棒的制备。在制备过程中保持毛细管、毛细棒、排管器以及操作环境的超高洁净度，以防光纤拉制的过程中引入额外损耗。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种光子晶体光纤预制棒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，使用排列六边形组件堆叠光子晶体光纤预制棒的包层结构六边形毛细管，排列后的毛细管组件边长范围是6mm-50mm；步骤二，使用毛细棒填充在六边形组件***，通过排列圆形组件使填充后的毛细管组件外缘呈现一个圆形，填充完毕后固定；步骤三，移调排列六边形组件和排列圆形组件，将排列之后的组件整体***套管里；步骤四，组合预制棒两端烧实固定。
2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒的制备方法，其特征在于，在圆形中毛细管组件六个边上的间隙中填充毛细棒，根据组件大小以及六个边与模块组内圆的间隙大小调节。
3.根据权利要求1或2所述的光子晶体光纤预制棒的制备方法，其特征在于，毛细管的尺寸范围为1mm-3mm。
4.一种用于权利要求1-3所述光子晶体光纤预制棒制备方法中的排管设备，其特征在于，排管设备上具有至少两组排列模块，分别为排列六边形组件以及排列圆形组件，排列六边形组件由模块A和模块D组成，边长大小根据预制棒结构而定，模块位置可根据组件长度调整；六边形组件排列完成后将A、D形状固定，模块A、模块D位于毛细管组件的两端；六边形组件由毛细棒配合模块B、模块C完成圆排列，模块B、模块C内部是圆形，直径可调，范围是0mm-100mm，模块B、模块C模块的位置以及高度可调。
5.一种用于权利要求4所述光子晶体光纤预制棒制备方法中的排管设备，其特征在于，模块B、模块C内圆中心线在进行制备过程中与六边形组件中心轴在同一水平线上，内圆几何尺寸根据六边形毛细管组件的最大外缘尺寸而定。
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