[发明专利]金属毛细管二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤及制备

说明书

技术领域

本发明涉及光电子材料和器件领域，尤其涉及一种金属毛细管二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤及制备方法。

背景技术

红外光包括近红外光(波长0.75～2.5μm)、中红外光(波长2.5～25μm)和远红外光(波长25～300μm)。由于中红外光和远红外光光子的能量分别与分子的基频振动和转动相对应，其在分子结构分析以及中远红外气体激光器研究开发等领域有重要应用。中远红外光能激发窄禁带半导体产生光电流，是红外夜视以及空间遥感技术的基础。近年来，太赫兹(频率在0.1～10THz，波长3000～30μm范围内的电磁波)技术的兴起，赋予了远红外技术新的发展机遇和历史使命。中远红外光除了在物理、化学、天文学、生命科学等基础领域具有重大的科学研究价值之外，在室内短距离无线通信、卫星通信、医学成像、环境监测、射电天文和军用雷达等应用研究领域也具有广阔应用前景。由于缺乏有效的中远红外(尤其20-1000μm)波导传输技术，目前大多数光电系统都只能在自由空间中处理中远红外光波。这些系统占用空间大，功率消耗高、受环境影响大、性能稳定性差、使用校准难度大，严重限制了其应用和推广。研究有效的中远红外波导传输手段，已经成为搭建多功能、高可靠性、低能耗、易操作、易维护和易携带的新型“柔性化”光电器件的关键。

近年来人们提出了传输中远红外光的各种光纤结构，包括金属波导、玻璃或塑料毛细管/金属镀层/电介质膜空芯波导、塑料或硅介质空芯微结构带隙波导和塑料介质实芯、多孔或空芯管波导。这些波导有的结构复杂，难以调控制备；有的材质为玻璃或塑料，不容易与中远红外光源或探测器紧固连接，使用中对焦稳定性差。由于这些原因，如何研制出结构更简单、制备工艺更简便、与光源或探测器连接兼容性更好的中远红外光纤结构仍然是该领域国内外最为关注的热点问题之一。

为了克服现有技术中的这些缺陷，本发明在本课题组以前研究传输10.6μmCO₂激光中红外光纤的基础上，提出了一种能在波长大于20μm的中远红外光范围内也获得低损耗窗口的金属毛细管/二氧化锗电介质膜空芯光纤及其制作方法。该光纤包括金属毛细结构管及其内表面上的二氧化锗电解质反射膜。在传统的金属/电解质膜中远红外(太赫兹)光纤结构中，一般是使用玻璃或塑料毛细管作为结构管，再通过银镜反应在管内表面上制备金属银膜反射层，最后再在银膜表面形成聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等聚合物电介质反射膜。本发明中使用金属毛细管代替传统的玻璃或塑料结构管，同时用金属毛细管的内表面直接代替传统金属镀银反射膜，结构更简单。用熔点更高的二氧化锗(1115℃)电介质膜代替聚合物电介质膜使中远红外光纤具有较高的能量损伤阀值，可用于大功率中远红外光波的传输。

发明内容

本发明提出了一种金属毛细管/二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：配制二氧化锗的碱性水溶液，并用酸调节所述二氧化锗的碱性水溶液的pH值至1-3；

步骤二：将所述二氧化锗的碱性水溶液注入金属毛细管中，封闭所述金属毛细管的两端，水平地放置在支架上并保持缓慢转动，转速为每分钟0.1-1转，在所述金属毛细管内液相沉积制备二氧化锗电介质膜；于5-8天后去除所述金属毛细管两端的封闭物，倒出所述二氧化锗的碱性水溶液；

步骤三：室温下向所述金属毛细管内吹入洁净的氮气或空气，流量每分钟60ml，持续时间60分钟；再在100℃下干燥60分钟，干燥期间持续通入洁净的氮气或空气，流量每分钟10ml；

步骤四：结束干燥，得到金属毛细管/二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤。

本发明提出的所述金属毛细管/二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤的制备方法中，步骤三之前重复进行步骤一至步骤二以增加二氧化锗电介质膜的厚度。

本发明提出的所述金属毛细管/二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤的制备方法中，所述二氧化锗的碱性水溶液中二氧化锗的百分比浓度为3-7％。

本发明提出的所述金属毛细管/二氧化锗电介质膜中远红外空芯光纤的制备方法中，其特征在于，所述金属毛细管经清洗，包括如下步骤：

步骤a：向所述金属毛细管内通入乙醇或丙酮，流量每分钟5ml，持续时间30分钟；

步骤b：向所述金属毛细管内通入去离子水，流量每分钟10ml，持续时间30分钟；

步骤c：向所述金属毛细管内吹入洁净的氮气或空气，流量每分钟60ml，持续时间30分钟。