[发明专利]一种硫系玻璃拉锥光纤的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光器件制备技术领域，涉及微纳光纤的制备方法，具体为一种硫系玻璃拉锥光纤的制备方法。

背景技术

拉锥光纤是将常规光纤加热到软化状态，然后进行拉细处理得到的光纤，拉锥是一种重要的光纤后处理技术。通过拉锥可以改变光纤的直径以及实现多根光纤间光场的耦合，用于耦合器、波分复用器和合束器等光纤器件的制作。而且利用拉锥技术制作的器件具有性能稳定，工艺要求简单等特点。近年来随着拉锥理论的发展和拉锥工艺的改进，拉锥光纤的直径可达到微纳米量级。拉锥光纤在诸如微光波导的耦合及超连续谱的产生等新的领域得到应用。

目前，国内外已相当成熟的拉锥光纤主要是工作于可见光波段的石英玻璃拉锥光纤，已报道的石英玻璃微纳光纤拉制方法包括：两步拉伸法、自调节拉伸法、块状玻璃拉制、CO₂激光器加热拉制和电极加热拉制，其中，两步拉伸法是第一种被报道的拉制方法，拉制简单便捷，拉制的石英玻璃微纳光纤最小直径为50nm；自调节拉伸法在目前的方法中可获得最小直径为20nm左右的石英玻璃微纳光纤；CO₂激光器加热拉制可以克服使用火焰加热带来的气流影响，拉制的石英玻璃光纤直径为3000～4000nm；电极加热拉制，在目前的方法中可以拉制出长度最长的石英玻璃微纳光纤，最小直径为900nm。这些方法各有优缺点，所拉制的石英玻璃微纳光纤在几何参数和传输模式等方面也有一定的差异。

硫系玻璃光纤软化点远远低于石英材料，而且硫系材料质地较脆，机械性能差，加热易被氧化，因此不能直接套用上述石英拉锥光纤的制备方法。近几年，国外硫系玻璃拉锥光纤的制备成果发展迅速，已报道的有：2007年悉尼大学制备出了直径为1.2μm的As₂Se₃基质材料的拉锥光纤，2008年他们又制备出了直径为0.95μm的As₂Se₃基质材料的拉锥光纤，2013年斯坦福大学制备出了直径为1.95μm的As₂S₃基质材料的拉锥光纤，等等。而在国内关于硫系玻璃拉锥光纤的报道甚少，已知的有：2010年复旦大学制备出直径为0.2μm的As₃₈S₆₂纤芯材料的硫系玻璃拉锥光纤，采用的方法是将光纤的一段接近热源，然后另一端用手牵引，从而得到硫系玻璃拉锥光纤。现有的硫系玻璃光纤拉锥方法的可控性差、效率低，再加上硫系玻璃光纤特有的机械强度低、易断裂、加热时易氧化等问题，严重制约了硫系玻璃拉锥光纤在特种红外光器件中的应用与发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、可操作性强、重复性好、精确度高的硫系玻璃拉锥光纤的制备方法，经本方法制备得到的硫系玻璃拉锥光纤具有结构性能稳定、长度短、直径细、拉锥损耗低、有效模场面积减小等特点，其锥区外径可控，可达到微纳米量级。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种硫系玻璃拉锥光纤的制备方法，包括如下步骤：

1)在硫系玻璃光纤预制棒的柱状表面缠绕形成一定厚度的高分子塑料薄膜层，然后在惰性气体气氛保护环境下将硫系玻璃光纤预制棒置于光纤拉丝塔上，加热拉制成外径为几十到几百微米的硫系玻璃光纤；

2)从上述硫系玻璃光纤上截取长度为几厘米到几十厘米的一段，再用光纤夹具分别固定该段光纤的两端，该光纤夹具与步进电机的输出端相连，步进电机的牵引速度可控，通过步进电机可控制硫系玻璃光纤的拉锥速度；然后通过窄轴向厚度的电加热圈对硫系玻璃光纤加热，电加热圈的周壁上设置有缺口，电加热圈的加热温度通过温度控制器控制，电加热圈固定于三维光学调整架，通过调节三维光学调整架调节电加热圈的位置，使光纤的加热区处于电加热圈的缺口内均匀受热，通过温度控制器控制电加热圈的加热温度在硫系玻璃软化温度以上10-50℃，加热过程中需防止光纤软化弯曲并与电加热圈内壁粘结；

3)硫系玻璃光纤受热软化后，立即启动步进电机进行拉锥牵引，将牵引速度控制在1-5mm/s，随着拉锥牵引的进行，锥区外径和长度改变，当拉锥光纤的锥区外径接近目标范围时，逐渐减慢牵引速度，确保最细拉锥处平稳，得到拉锥光纤；

4)调节电加热圈的温度缓慢降至室温，移开电加热圈，在拉锥光纤的下方放置另一三维光学调整架，将载玻片平放在该三维光学调整架上方，使载玻片的上表面平行于拉锥光纤，然后通过该三维光学调整架缓慢升高载玻片，使载玻片的上表面刚好与拉锥光纤接触，最后将拉锥光纤的两端固定在载玻片上，即完成硫系玻璃拉锥光纤的制备。