[发明专利]光纤中微结构的产生方法及系统

说明书

本发明实施例提供了一种光纤中微结构的产生方法及系统，通过目标光纤传输目标激光与外部加热相结合，使得目标光纤上预设位置处的光纤物质在被加热处对目标激光产生所需程度的吸收，从而实现目标激光对目标光纤的加工，在被加热处附近产生原本不存在于目标光纤中的微结构。本发明实施例中提供的光纤上微结构的产生方法极大地简化了传统的光纤上产生微结构的方法，提升了目标光纤中目标微结构的生产效率和生产质量。

技术领域

本发明实施例涉及微结构光纤技术领域，更具体地，涉及光纤中微结构的产生方法及系统。

背景技术

光纤是一种具有光波导结构的丝线，利用光纤可以将光约束在像水管那样的通道中传播。

微结构光纤是一种新型光纤，在光纤上存在微结构，使得此种光纤具有许多独特特性。光纤上存在的微结构，是指物理上依附于光纤而存在的、但并不属于通常意义上的“纤芯/包层”结构的微结构。即微结构可以是在光纤上仅占据长度方向有限长度的空腔(空腔内可以存在气体或没有气体)、金属颗粒、金属半导体混合物颗粒、聚合物颗粒、液体团、以上及其他物质组合的颗粒或团；微结构也可以是沿着光纤长度方向分布相当长距离的上述结构，如光子晶体光纤上的空腔通道。微结构可以是本身参与构成光纤的光波导结构，也就是说，微结构在理论上被认为有助于将光约束在一定空间范围之内传播。微结构在垂直于光纤方向的横截面上的最大物理尺寸不超过1厘米。

微结构可以存在于光纤内部(即完全被组成光纤的物质所覆盖，不与外部环境接触)，也可以处于光纤表面，与外部环境接触(对于实心微结构如金属小球等)或者连通(对于空心微结构如空腔等)。微结构可以在光纤上重复分布，例如，一根光纤上排列着多个金属小球，此时，每个小球被认为是一个微结构。又例如，光子晶体光纤上沿着光纤方向有多根空腔通道，每根空腔通道都可以被认为是一个微结构。

与电子芯片类似，也可以在光纤中，通过设计特定的微结构来实现对光的性质的调控和变换。例如，空腔微结构光纤可以被用作基于法布里珀罗(Fabry-Perot)干涉原理的传感器，实现对温度、应力、湿度、折射率等参数的传感；还可以利用微结构光纤透射谱的特殊形状作为波长滤波器(edgefilter)，甚至可以将微结构光纤用作特殊场景下的细胞采样(cellcollection)、药物传递(drugdelivery)等。金属、半导体微结构光纤则被认为可能在太阳能、全光信息处理(即“光芯片”)等场景发挥应用。

为了在光纤上产生微结构，制造出微结构光纤，现有技术手段大体可以分为三类。第一类被称为“自上而下”(top-down)的方法，其特点是利用已经完整制成的、还没有所需微结构的光纤，以一定手段去除光纤的部分材料和结构，在光纤上形成所需的微结构。这种手段的发展目前已经形成一套原理上较为固定的流程。

例如，对于在光纤的内部产生(含有气体或者不含气体的)空洞型微结构，其过程以及采用的装置如图1所示。首先在完整的光纤11的一端纤芯位置13产生一定的凹陷形状14。光纤11的一端纤芯位置是否产生凹陷形状的判断依据是：能够在后续步骤完成时，使得所需的空洞型微结构出现在光纤内部。这一凹陷形状可以由激光微加工提供，如图1中的激光微加工系统12照射光纤11的一端纤芯位置13，直至生成凹陷形状14。凹陷形状也可以由化学腐蚀、离子刻蚀、熔接另一段已经有凹陷结构的光纤，如空心光纤、毛细管、光子晶体光纤等来提供。然后通过熔接设备16将带有凹陷形状14的光纤11与另一根光纤15进行熔接，使得凹陷形状14被埋入光纤11和光纤15之间，形成空洞型微结构17。空洞型微结构17中是否含有气体，取决于以上过程是否发生在真空中，也取决于光纤本身的材料是否在熔接过程中释放了气体，具体情况较为复杂。如果只需在光纤的表面产生与外部环境(如空气、真空、浸泡的液体等)连通的空洞型微结构，则可无需将光纤11与光纤15进行熔接，而直接将凹陷形状14作为空洞型微结构即可。