CN202849258U - 光子晶体光纤预制棒结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光子晶体光纤预制棒结构，该结构采用空心毛细管拼砌在内套管中，并采用至少两根相互嵌套的石英管作为光子晶体光纤毛细管的内外套管。相互嵌套的内外套管连接处完全封闭各不相通，并且内外套管都分别预留可与压力控制器连接的压力连通口。在光子晶体光纤预制棒加压拉丝时分别通过压力连通口控制内外套管内的压力，从而使作用在毛细管内与毛细管外的压力产生压力差。采用相互嵌套、各不相通、分别预留压力连通口的石英管作为光子晶体光纤毛细管的内外套管，可以灵活、精确地控制毛细管直径的变化情况，同时还可以控制毛细管之间空隙大小的变化情况，容易实现光子晶体光纤的复杂结构。
Description
技术领域
本实用新型属于光子晶体光纤技术，特别涉及一种光子晶体光纤预制棒结构。该预制棒结构适用于所有需要加压拉丝的光子晶体光纤。
背景技术
光子晶体光纤的制备工艺一般是先将毛细管或丝拼砌在石英管中形成预制棒，然后再将预制棒在拉丝塔上经高温熔融拉制成光纤。但是在高温拉丝的过程中，毛细管拼砌的微结构会发生变形，这样光子晶体光纤原有的设计结构和性能就发生了改变。保证毛细管的拼砌结构以及毛细管本身的尺寸、结构是非常重要且难度非常高的。申请号为200410042623.1的中国专利公开一种制备光子晶体光纤的方法及该方法所使用的装置，首先在特定尺寸的玻璃套管中将毛细管排列出特定的结构，形成光子晶体光纤预制棒，然后再通过特定装置对光纤预制棒进行压力控制，即对玻璃套管抽真空、毛细管内通入一定气压的气体。该专利对玻璃套管抽真空可以在高温拉丝时使毛细管相互融合，相对位置稳定，在毛细管内通入一定气压的气体可以控制毛细管的尺寸，但是毛细管外的真空和毛细管内的压力更容易造成毛细管的胀破、变形，并且装置操作难度大。实施该专利要求真空罩和插盘上的插孔直径、位置和数目要与所需要的光纤中的光子晶体排列方式一致，一般组成一根光子晶体光纤预制棒的毛细管有几百根，操作难度可想而知，并且每一种特定的光子晶体光纤都要设计制备与之相对应的真空罩和插盘，不能适应光子晶体光纤结构灵活多变的特性。
综上所述，光子晶体光纤预制棒的制备工艺复杂，技术难度高，理论设计的具有优异特性的光子晶体光纤预制棒结构很难拉制成实际光纤。
发明内容
本实用新型的目的在于公开一种光子晶体光纤预制棒结构，该光子晶体光纤预制棒采用空心毛细管拼砌在内套管中，并采用至少两根相互嵌套的石英管作为光子晶体光纤毛细管的内外套管。相互嵌套的石英管连接处完全封闭各不相通，并且内外套管都分别预留可与压力控制器连接的压力连通口。此结构的光子晶体光纤预制棒在后续加压拉丝时可分别控制内外套管内的压力，从而使作用在毛细管内与毛细管外的压力产生压力差。采用相互嵌套、各不相通、分别预留压力连通口的石英管作为光子晶体光纤毛细管的内外套管，可灵活、精确地控制毛细管直径的变化情况，同时还可以控制毛细管之间空隙大小的变化情况，容易实现光子晶体光纤的复杂结构。
本实用新型采取的技术方案是：一种光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于：包括毛细管、内套管、顶部封闭的石英管、内套管压力连通口、外套管和外套管压力连通口，所述的毛细管为若干根拼砌在内套管中，毛细管上端面与内套管上端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝，毛细管中心位置留有纤芯，毛细管上部与内套管上部整体融合形成一体，由内套管下端伸出的毛细管加热形成毛细管束，所述的顶部封闭的石英管的下端面与内套管的上端面融接形成一体，且在顶部封闭的石英管的侧面留有内套管压力连通口，所述的外套管由毛细管束下端嵌套，外套管下端面与毛细管束下端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝，外套管的侧面留有外套管压力连通口，外套管上端面和下端面分别融合封闭。
本实用新型所产生的有益效果是：采用本结构的光子晶体光纤预制棒在后续加压拉丝时，通过分别控制内外套管内的压力，可以灵活、精确地控制毛细管直径的变化情况，同时还可以控制毛细管之间空隙大小的变化情况，容易实现光子晶体光纤的复杂结构。
附图说明
图1是毛细管与内套管嵌套后的结构示意图。
图2是内套管和毛细管对齐端融合后的结构示意图。
图3是外接封闭内套管顶部的结构示意图。
图4是与外套管嵌套后的预制棒结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明。
参照图1、图2、图3和图4，光子晶体光纤预制棒结构包括毛细管1、内套管2、顶部封闭的石英管6、内套管压力连通口7、外套管8和外套管压力连通口9，毛细管1为若干根拼砌在内套管2中，毛细管1上端面与内套管2上端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝5，毛细管1中心位置留有纤芯3，毛细管1上部与内套管2上部整体融合形成一体，由内套管1下端伸出的毛细管1加热形成毛细管束4，顶部封闭的石英管6的下端面与内套管2的上端面融接形成一体，且在顶部封闭的石英管6的侧面留有内套管压力连通口7，外套管8由毛细管束4下端嵌套，外套管8下端面与毛细管束4下端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝5，外套管8的侧面留有外套管压力连通口9，外套管8上端面和下端面分别融合封闭。
光子晶体光纤预制棒的制备过程如下：
（一）.毛细管与内套管的嵌套
采用一根石英管作为毛细管1的内套管2，毛细管1长度大于内套管2长度；将毛细管1按照一定长度切割成若干根，按照光子晶体光纤所需的光子晶体结构将若干根毛细管1拼砌在内套管2中，中心位置预留纤芯3，使毛细管1的上端与内套管2的上端相互对齐在同一平面上，若干根毛细管1的下端形成毛细管束4伸出内套管下端，对齐一端的毛细管1与内套管2之间的空隙部分用石英丝5紧密填满。
（二）. 毛细管与内套管的融合
将对齐端的内套管2连同毛细管1加热至软化状态，使一定长度范围内的毛细管1之间以及毛细管1与内套管2之间融合在一起，同时对伸出另一端的毛细管束4进行加压，以保证毛细管1的空心不会收实。
（三）. 外接封闭内套管顶部
在对齐端的内套管2顶部外接一段封闭的石英管6，并在外接石英管6的侧面预留一个内套管压力连通口7。
（四）.内套管连同毛细管与外套管的嵌套
采用一根石英管作为毛细管的外套管8，外套管8长度大于内套管2长度，外套管8内径等于内套管2外径，将伸出毛细管束4的一端装入外套管8中，装入深度以外套管8的上端到达毛细管1与内套管2融合的位置为准，同时使外套管8的下端面与伸出的毛细管束4的下端面在同一平面上；外套管8的下端与毛细管束4之间的空隙部分用石英丝5填实。
（五）.封闭外套管
将与内套管2套接处的外套管8上端面封闭，外套管8的侧面预留一个外套管压力连通口9，外套管8的下端面封闭，形成光子晶体光纤预制棒。
本结构的毛细管1的外径为0.5~3mm。若干根毛细管1采用相同内径的毛细管，或者采用两种以上不同内径的毛细管。毛细管1的形状采用六角形或圆形中的一种。毛细管1的长度为150~300mm，内套管2长度为100-250mm。毛细管1上部与内套管2上部整体融合的长度为30-60mm。
实施例一：kagome型空芯光子晶体光纤预制棒的制备
（一）.将内径为0.8mm、外径为1.0mm的圆形毛细管按照长度为200mm进行切割，按照三角形排列结构将它们拼砌在内套管中，中心位置留有纤芯，内套管内径为15mm，外径为 18mm，长度为100mm。毛细管1的另一端形成毛细管束5伸出内套管，毛细管之间的空隙保留，毛细管与内套管之间的空隙用石英丝紧密填满，毛细管、石英丝与内套管的一端对齐。
（二）.将对齐端的内套管连同毛细管加热软化，加热长度为30mm，另一端对伸出的毛细管束适当加5托的压力。
（三）.在对齐端顶部接一段40mm长的石英管，石英管顶部封闭，石英管侧面预留一个直径1cm，长2cm的内套管压力连通口。
（四）.将内套管伸出毛细管束端装入一根内径18mm，外径22mm、长180mm的外套管中，装入深度以外套管的上端到达毛细管与内套管融合的位置为准，同时使外套管的下端面与伸出的毛细管束的下端面在同一平面上，外套管下端与毛细管束之间的空隙部分用石英丝填实。
（五）. 将与内套管套接处的外套管上端面用氢氧焰加热软化后封闭，外套管的侧面预留一个直径1cm，长2cm的外套管压力连通口。外套管的下端面用氢氧焰加热软化后封闭，形成光子晶体光纤预制棒。
将制备好的光子晶体光纤预制棒在拉丝塔上经1960℃高温拉丝，拉丝速度控制在10m/s,内套管的压力控制在10托，外套管的压力控制在12托，即可拉制成外径为125μm的kagome型空芯光子晶体光纤。
实施例二：双包层掺镱光子晶体光纤预制棒的制备
（一）.将内径为0.5mm、外径为1.2mm和内径为0.8mm、外径为1.2mm的两种六角形毛细管按照长度为300mm进行切割，按照双包层结构（内径小的拼砌内包层区，内径大的拼砌外包层区）将它们按照蜂窝型排列结构拼砌在内套管中，中心位置留有纤芯，内套管内径21mm、外径25mm，长度为150mm。毛细管的另一端形成毛细管束伸出内套管，毛细管之间的空隙及毛细管与内套管之间的空隙均用石英丝紧密填满，毛细管、石英丝与内套管的一端对齐。
（二）.将对齐端的内套管连同毛细管加热软化，加热长度为30mm，另一端对伸出的毛细管束适当加6托的压力。
（三）.在对齐端顶部接一段40mm长的石英管，石英管顶部封闭，石英管侧面预留一个直径1cm，长2cm的内套管压力连通口。
（四）.将内套管伸出毛细管束端装入一根内径25mm、外径29mm、长280mm的外套管中，装入深度以外套管的上端到达毛细管与内套管融合的位置为准，同时使外套管的下端面与伸出的毛细管束的下端面在同一平面上，外套管下端与毛细管束之间的空隙部分用石英丝填实。
（五）. 将与内套管套接处的外套管上端面用氢氧焰加热软化后封闭，外套管侧面预留一个直径1cm，长2cm的压力连通口，外套管的下端面用氢氧焰加热软化后封闭，形成光子晶体光纤预制棒。
将制备好的光子晶体光纤预制棒在拉丝塔上经1980℃高温拉丝，拉丝速度控制在6m/s,内套管的压力控制在16托，外套管的压力控制在3托，即可拉制成外径为400μm的双包层掺镱光子晶体光纤。
Claims (6)
1.一种光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于：包括毛细管（1）、内套管（2）、顶部封闭的石英管（6）、内套管压力连通口（7）、外套管（8）和外套管压力连通口（9），所述的毛细管（1）为若干根拼砌在内套管（2）中，毛细管（1）上端面与内套管（2）上端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝（5），毛细管（1）中心位置留有纤芯（3），毛细管（1）上部与内套管（2）上部整体融合形成一体，由内套管（2）下端伸出的毛细管（1）加热形成毛细管束（4），所述的顶部封闭的石英管（6）的下端面与内套管（2）的上端面融接形成一体，且在顶部封闭的石英管（6）的侧面留有内套管压力连通口（7），所述的外套管（8）由毛细管束（4）下端嵌套，外套管（8）下端面与毛细管束（4）下端面在同一平面上，它们之间的空隙部分填充石英丝（5），外套管（8）的侧面留有外套管压力连通口（9），外套管（8）上端面和下端面分别融合封闭。
2.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于，所述的毛细管1的外径为0.5~3mm。
3.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于，所述的若干根毛细管1采用相同内径的毛细管，或者采用两种以上不同内径的毛细管。
4.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于，所述的毛细管（1）的形状采用六角形或圆形中的一种。
5.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于，所述的毛细管（1）的长度为150~300mm，内套管（2）长度为100-250mm。
6.根据权利要求1所述的光子晶体光纤预制棒结构，其特征在于，所述的毛细管（1）上部与内套管（2）上部整体融合的长度为30-60mm。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20190322566A1 (en) * | 2018-04-18 | 2019-10-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method for fabrication of sleeveless photonic crystal canes with an arbitrary shape |
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2012
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| US20190322566A1 (en) * | 2018-04-18 | 2019-10-24 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method for fabrication of sleeveless photonic crystal canes with an arbitrary shape |
| US11787727B2 (en) * | 2018-04-18 | 2023-10-17 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Method for fabrication of sleeveless photonic crystal canes with an arbitrary shape |
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