[发明专利]一种硒碲单晶复合光纤及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及复合材料光纤和单晶光纤技术领域，具体涉及一种硒碲单晶复合光纤及其制备方法。

背景技术

单晶光纤具有一些玻璃光纤所不具有的独特功能，越来越广泛的关注。高非线性单晶光纤在非线性光学上具有重要的应用价值，如倍频、合频、差频、参量震荡等。光倍频效率与基波功率密度及介质长度的平方成反比，由于块状晶体只在焦点处功率密度较高，而单晶光纤则将基波光限制在纤芯中，在一个相当长距离内均保持高功率水平，所以其倍频效率大大提高。例如，在一根2厘米长的铌酸锂单晶光纤中，532nm辐射二次谐波的理论效率比在块状晶体中的非线性转换效率高3个数量级。单晶光纤还可用于光存储、光学相位共轭等。具有光电效应的单晶光纤在光调制、光开关、光传感等方面具有潜力；而高熔点单晶光纤是高温探测器的核心部件。

单晶光纤的研究始于1922年，LaBelle和Mlavsky用改进的射频加热提拉法制备了白宝石单晶光纤。1972年Haggerty引入了激光加热机制，从而使激光加热基座法（LHPG）迅速发展，引起单晶光纤制备技术的革命性变化。1975年Burris等制备了50微米直径的Nd:YAG单晶光纤，并获得了室温连续激光输出。1980年Mimura等人毛细管法制备了KBS-5单晶光纤。

目前单晶光纤制备技术主要是熔体生长法，具体包括导模法、毛细管法、基座法，这些方法均是将光纤原料加热成熔体，再制备成单晶化光纤，其特点是将光纤的成型与光纤的单晶化同时进行。由于在熔点附近熔体粘性范围窄，而影响单晶光纤制备的因素众多，包括加热功率及功率分布、光纤材料导热特性、周围气氛传热特性、气氛与光纤材料的反应特性、光纤材料熔体粘度随温度变化特性等，因此必须对影响单晶光纤制备的多种因素同时精密协同控制，控制步骤复杂，控制条件苛刻。并且传统单晶光纤制备方法要使用坩埚、导模、毛细管等辅助工具，从而极易使光纤受到污染。最终导致难以制备直径均匀、缺陷少、低损耗、连续大长度单晶光纤。

发明内容

针对现有单晶光纤制备的不足之处，本发明的目的在于提供一种硒碲单晶复合光纤及其制备方法。本发明将不同两种材料结合，构成复合材料光纤。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种硒碲单晶复合光纤，其光纤包层材料为多组分磷酸盐玻璃，光纤纤芯材料为单晶态硒碲化合物。

上述的硒碲单晶复合光纤中，作为光纤包层材料的多组分磷酸盐玻璃，光纤拉制温度为620℃至670℃。

上述的硒碲单晶复合光纤中，光纤纤芯的单晶态硒碲化合物中硒的重量百分比为0%～100%。

上述的硒碲单晶复合光纤通过如下步骤制得：第一步是制备无定型态硒碲化合物纤芯的复合光纤，即采用拉制法，制备具有玻璃包层，无定型态硒碲化合物纤芯的复合光纤；第二步是光纤纤芯的单晶化，即将复合光纤中无定型态硒碲化合物纤芯转变为单晶态硒碲化合物纤芯。

第二步具体是：将纤芯为无定型态硒碲化合物复合光纤端面磨平、抛光处理后，在光纤端面对接一结晶完好的颗粒硒碲化合物籽晶，使光纤中无定型硒碲化合物纤芯与硒碲化合物籽晶严密贴合；再用波长大于300nm的激光，由光纤径向照射与硒碲化合物籽晶对接的光纤端面处；由于硒碲化合物晶体带隙在0.34～1.79eV之间，包层多组分磷酸盐玻璃紫外吸收波长小于300nm，照射光纤的激光将透过光纤包层而被纤芯无定型硒碲化合物吸收，无定型硒碲化合物被加热，使光纤中贴合籽晶的局部无定型硒碲化合物芯熔化，并在熔体与籽晶间形成温度梯度；而后向光纤另一端缓慢移动激光束；熔化的硒碲化合物冷却时，在硒碲化合物籽晶的诱导下，随籽晶生长成单晶态硒碲化合物；此过程连续进行，直到激光束移动到光纤另一端；最后在光纤中形成单晶态的硒碲化合物纤芯。

进一步地，所用激光波长特征在于：照射光纤的激光波长大于300nm，小于X值，随硒碲化合物中硒碲配比不同，X取值不同，硒碲化合物中硒重量比含量为100%时X值为690nm，硒碲化合物中硒重量比含量为0%时X值为3650nm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：