[发明专利]生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的坩埚及微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的方法

说明书

本发明提供了一种用于微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的坩埚，所述坩埚的底部通过锥形孔与毛细管相连通；所述锥形孔的大孔位于所述坩埚底部，所述锥形孔的小孔与毛细管相连通；所述坩埚的底部为斜面；所述稀土单晶包括钆镓石榴石单晶或掺杂钆镓石榴石单晶。本发明设计的具有特殊结构的坩埚，靠近底端开孔的坩埚内壁和毛细孔采用锥形管连接设计，保障熔体流动性，实现了可弯曲单晶光纤的可控生长。本发明还提供了微下拉法中稀土单晶光纤生长速率的计算方法，利用该坩埚配套温度场结构结合理论计算，实现了可弯曲单晶光纤的微下拉法生长，最终得到了高品质的柔性单晶光纤。

技术领域

本发明属于稀土单晶材料技术领域，尤其涉及一种用于微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的坩埚、微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的方法以及微下拉法中可弯曲柔性稀土单晶光纤生长速率的计算方法。

背景技术

近年来，随着光纤技术的日益更新和快速发展，对柔性光纤的研究及应用已经成为纤维光学发展的重要发展方向之一。高分辨率柔性光纤传像束因其柔软可弯曲性能好、单丝直径细和分辨率高等优势，已作为高清晰度成像仪器中的核心光学器件被广泛应用在在医学、工业、科研和军事和航空航天领域中。以柔性红外光纤传像束作为传输元件，与红外成像探测器连接，可实现高质量红外图像传递，大大降低系统重量和减小系统体积，显著降低红外系统成本，提高系统性能，可用于探测强电磁场所、危险环境、狭窄空间或小孔内物体的热分布，在国防、医疗和工业检测等领域具有非常重要的应用前景。

由于常用氧化物玻璃长波红外多声子吸收的缘故，其光纤传像束无法应用于波长大于2.5μm的红外波段。近年来，通过内视镜的微创激光医疗需要相应的柔性光纤。目前在内视镜中用于激光传输的多为石英光导纤维，因为石英光纤可以安全地应用于人体。医疗内视镜中用石英光纤传输波长为1.06 μm的Nd：YAG激光及波长为2.1μm的Ho：YAG激光已有报道。但波长为2μm 的中红外激光已经达到石英光纤的传输极限。在照明领域，特种玻璃制造商肖特最新的照明技术采用刚性和柔性玻璃光纤制成的导光管与新颖光源结合。由于玻璃光纤具有良好的柔韧性，它们能被轻易地嵌入狭小的空间中，实现功能性照明和环境照明融合成一套卓越的整体解决方案。

作为稀土材料的重要分支之一，稀土晶体指稀土元素可以完整占据结晶学结构中某一格点的晶体，稀土激光晶体被广泛地应用于光纤通讯、国防安全、民生健康等国家重点领域。在诸多类型的晶体材料中，单晶光纤外型上秉承了玻璃光纤的高长径比和大比表面积，同时兼具晶体块材的性能优势。作为激光增益介质时，介于传统体块单晶和玻璃光纤之间，结合了单晶增益和光纤激光的核心理念，这类新型材料不仅具有单晶优良的光学、热学性能，而且具有玻璃光纤激光转换效率高的优势。相比于多声子吸收的玻璃光纤，稀土掺杂单晶光纤的发光波段可达到～3.0μm的中红外波段。

目前，国际上关于生长单晶光纤的方法主要有两种：激光基座加热法和微下拉法。利用激光基座加热法能够生长直径几十微米的掺杂YAG单晶作为纤芯，通过直接拉制或后处理的方式合成包层结构，最终得到带包层的柔性可弯曲单晶光纤。然而，由于该方法在生长界面处的温度梯度过大使得晶体质量难以保障。而利用微下拉法生长单晶光纤能够很好地弥补激光基座法带来的晶体质量上的不足。但是，微下拉法生长的单晶光纤由于最小直径在1 mm以上，从而使得到品质的单晶光纤是刚性的。

因此，亟待找到一种更为适宜的方式突破现有的生长技术的桎梏，能够得到高品质的柔性可弯曲的单晶光纤，已成为已成为了应用领域诸多前沿学者广为关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种用于微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的坩埚，本发明通过特殊设计的坩埚，配套温度场结构结合理论计算，实现了可弯曲单晶光纤的微下拉法生长。

本发明提供了一种用于微下拉法生长可弯曲柔性稀土单晶光纤的坩埚，所述坩埚的底部通过锥形孔与毛细管相连通；

所述锥形孔的大孔位于所述坩埚底部，所述锥形孔的小孔与毛细管相连通；