[发明专利]一种纤芯单晶化后处理方法以及纤芯单晶化装置

说明书

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种纤芯单晶化后处理方法以及纤芯单晶化装置。本发明提供的单晶芯复合材料光纤的后处理方法包括将光纤前驱体置于纤芯单晶化装置中进行纤芯单晶化处理，得到单晶芯复合材料光纤。采用本发明的后处理方法能够使光纤前驱体在温度稳定的温度场中实现单晶化，有利于提高单晶复合材料光纤的品质；且本发明提供的方法对光纤的长度、直径没有限制，能够制备得到超长长度、不同直径的单晶复合材料光纤；而且本发明提供的方法适用于不同种类、不同熔点纤芯材料的单晶化。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种纤芯单晶化后处理方法以及纤芯单晶化装置。

背景技术

复合材料光纤因将不同功能的材料(包括金属、半导体以及介电材料等)复合于光纤结构中，具有传统石英光纤不具备的多功能和高性能，在非线性光学、传感、激光、光电探测、红外光传输和生物医疗等领域有着巨大的应用前景。然而，大的传输损耗限制了复合材料光纤的应用，其中最主要的传输损耗来源于其多晶态纤芯的晶界散射。

现阶段，研究人员通常通过后处理技术来调控复合材料光纤的纤芯结构从而提升光纤性能，包括降低传输损耗、实现近中红外荧光发射、光纤激光倍频和提升光电响应特性等。目前后处理技术主要分为两步热处理法和激光热处理法，其中两步热处理法是将光纤纤芯的晶体形核与生长步骤分离，通过两次热处理在纤芯中制备具有一定大小晶粒的多晶复合材料光纤，尽量减少晶界散射和缺陷带来的损耗(参见Chaudhuri S,Sparks J R,JiX,et al.Crystalline Silicon Optical Fibers with Low Optical Loss[J].ACSPhotonics,2016:acsphotonics.5b00434)；激光热处理法是指利用激光对光纤材料的热效应使纤芯局部区域达到熔融状态，然后移动激光使纤芯内部产生定向结晶(参见Healy N,Fokine M,Franz Y,et al.CO₂ Laser-Induced Directional Recrystallization toProduce Single Crystal Silicon-Core Optical Fibers with Low Loss[J].AdvancedOptical Materials,2016,4(7):1004-1008)。在上述两种后处理过程中光纤玻璃包层充当坩埚的作用，使光纤在处理前后保持原有的几何形态，依据晶体生长的几何淘汰规律，在合理的工艺制度下无籽晶也能够制备出单晶复合材料光纤。

但是，两步热处理法仅能在纤芯结构上控制多晶生长，原理上无法制备出单晶纤芯；而激光热处理仅使用单侧激光加热，导致纤芯温度场不对称、不均匀，难以制备高品质单晶，另外由于激光难以在较长移动距离上长时间稳定地聚焦于光纤的特定位置，激光长时间输出功率稳定性的限制，导致制备的单晶复合材料光纤长度受限，目前仅能制备得到长度在10cm以下的单晶复合材料光纤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤芯单晶化后处理方法，本发明提供的后处理方法适用于多种纤芯材料的单晶化，且能够制备得到超长、不同直径的低损耗单晶芯复合材料光纤。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纤芯单晶化后处理方法，包括以下步骤：

将光纤前驱体置于纤芯单晶化装置中进行纤芯单晶化处理，得到单晶芯复合材料光纤；所述光纤前驱体包括光纤包层和位于所述光纤包层内部的纤芯；所述纤芯为无定型态或多晶态；

所述纤芯单晶化装置的腔体内沿竖直方向分化出三个连续的温度梯度区域，由下向上依次包括低温冷却区、中温结晶区和高温熔融区；

所述高温熔融区的温度高于所述纤芯的熔点且在所述光纤包层玻璃软化点以下；所述低温冷却区的温度低于所述纤芯的熔点；所述中温结晶区设置于所述高温熔融区和低温冷却区之间，所述中温结晶区的温度低于高温熔融区的温度且高于低温冷却区的温度，在所述中温结晶区纤芯由熔体结晶成固态单晶；