[发明专利]一种单晶光纤的包层制备方法有效
申请号: | 201811179140.4 | 申请日: | 2018-10-10 |
公开(公告)号: | CN109518270B | 公开(公告)日: | 2021-03-26 |
发明(设计)人: | 赵衡煜;徐军;侯文涛;施佼佼;罗平;王庆国 | 申请(专利权)人: | 同济大学 |
主分类号: | C30B15/08 | 分类号: | C30B15/08;C30B29/34;G02B6/02 |
代理公司: | 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 | 代理人: | 蒋亮珠 |
地址: | 200092 *** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 光纤 包层 制备 方法 | ||
本发明涉及一种单晶光纤的包层制备方法,包括以下步骤:(1)包层的制备:将单晶光纤作为预制棒原料,并在其中心轴线上钻孔,得到包层;(2)预制棒的制备:将外径与包层中心孔径相当的单晶体作为纤芯,插入包层中心孔内,得到预制棒;(3)单晶光纤的制备:将预制棒作为籽晶进行晶体生长,形成具备包层结构与纤芯结构的单晶光纤。与现有技术相比,本发明具有使用原料少,生长速度快,使用小尺寸的贵金属坩埚可降低成本等优点。
技术领域
本发明属于晶体光纤材料制备技术领域,涉及一种单晶光纤的包层制备方法。
背景技术
单晶光纤在光通信、光纤传感、非线性光学等领域的应用潜力而一直受到广 泛关注。因其基质是以单晶组成,相对传统的玻璃光纤、光子晶体光纤而言,通常 具备热学性能好,声子能量低,发射截面宽的优点。最近,晶体光纤的生长与应用 获得重大突破,实现了在晶体光纤中的激光输出:0.2%Nd:YAG单晶光纤实现了在 946nm处的连续激光输出,斜效率可达53%,最大输出34W。
包层技术是单晶光纤实现商品化的重要环节,然而传统的基于玻璃基质光纤 的包层技术,包括溶胶凝胶包层,空气压力包层,液晶填充包层等均不适用于单晶 光纤中。原因是,单晶光纤与包层的熔体接触时会发生融化、化学反应,导致破环 纤芯或无法实现包层结构。
最近,日本科学家提出一种准晶格的周期性结构的生长技术,获得了间距为 100微米的准晶格的周期性结构的单晶体:使用准晶格的周期性结构作为籽晶,在晶 体生长过程中并未发生晶格竞争现象,而是继承了准晶格的周期性结构(如图2)。 根据上述准晶格晶体的生长机制单晶光纤的预制棒中的纤芯和包层也可以实现同 步定向生长,获得具有包层结构的单晶光纤。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种将周期性结 构变成包层结构,应用领域从准晶格周期性结构的制备,转变成单晶光纤的包层的 制备的单晶光纤的包层制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种单晶光纤的包层制备方法, 其特征在于,包括以下步骤:
(1)包层的制备:将单晶光纤作为预制棒原料,并在其中心轴线上钻孔,得 到包层;
(2)预制棒的制备:将外径与包层中心孔径相当的单晶体作为纤芯,插入包 层中心孔内,得到预制棒;
(3)单晶光纤的制备:将预制棒作为籽晶进行晶体生长,形成具备包层结构 与纤芯结构的单晶光纤。
所述的包层采用的单晶光纤的外径与作为纤芯的单晶体的外径的比例为 2~5:1,包层中心孔的内径与纤芯外径相当。
步骤(1)钻孔采用超声波进行钻孔。
步骤(3)晶体生长采用微下拉晶体生长法:将预制棒固定在籽晶杆并置于坩 埚下方,在接触微管下方的熔体后,晶体向下生长,包层与纤芯之间的间隙自然弥 合,包层与纤芯同时进行生长,并形成具备包层结构与纤芯结构的单晶光纤。
所述的微下拉晶体生长法采用微下拉晶体生长炉,包括顶部盖板(1)、侧保温 挡板(3),上发热体(4)、电极(5)、下保温层(6)、坩埚(7)、下发热体(8)、 支架(10)、籽晶杆(11)和升降电机(12),所述的顶部盖板(1)和侧保温挡板 (3)分别设置在上发热体(4)顶部和侧部,所述的电极(5)与坩埚(7)固定连 接,所述的坩埚(7)置于上发热体(4)和下发热体(8)之间,所述的下发热体 (8)位于下保温层(6)内,所述的籽晶杆(11)置于支架(10)上,其底部连接 升降电机(12),待生长的籽晶(9)插入籽晶杆(11)内,升降电机(12)驱动籽 晶杆(11)带动籽晶(9)从坩埚(7)内下拉。
所述的坩埚(7)底部设有微管,微管内设有与待生长籽晶相同的晶体熔体。
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