[发明专利]一种低串扰多芯微结构成像光纤束的制备方法

说明书

本发明公开了一种低串扰多芯微结构成像光纤束的制备方法，属于光纤设计和制备领域，包括：制备结构单元，结构单元包括不同尺寸的中心圆孔和周围均匀分布的六个圆孔；制备多根毛细棒，将毛细棒插入对应的圆孔中，形成一级堆栈结构；并进行拉伸得到纤芯堆栈棒；将纤芯堆栈棒堆栈形成截面接近于圆形的二级堆栈结构，并插入毛细管中形成光纤预制棒；进行光纤拉丝，并控制各处的气体压力以形成成像光纤束。本发明的有益效果在于：通过挤出法挤出结构单元，并采用四种不同尺寸的毛细棒填充结构单元的圆孔中，使得纤芯的光学模式的有效折射率存在差别，抑制了纤芯之间的光学耦合模式，降低了纤芯之间的信号串扰。

技术领域

本发明涉及光纤设计和制备领域，尤其涉及一种低串扰多芯微结构成像光纤束的制备方法。

背景技术

光纤是一种导光纤维，能够传输不同波段的光波。随着光纤技术几十年的发展，光纤的应用领域不断拓宽，从通信、照明发展到传感、传能等新兴领域，利用多芯光纤传像和成像是一种新兴的应用。目前，多芯成像光纤主要通过纤芯掺锗(Ge)或包层掺氟(F)来提高纤芯和包层的折射率差，以减小纤芯之间的信号串扰(耦合)。

但由于多芯成像光纤的纤芯数量、纤芯和包层之间的折射率差别，以及光纤尺寸的限制，导致成像的波长、光纤长度较短。一般情况下，导光带宽约为500nm，而成像长度最多不超过5米，一般为3米左右。原因在于：波长较长时，纤芯无法将模式限制在较小的纤芯中，导致模式泄漏在包层中，进而导致纤芯之间的信号相互耦合，影响其成像质量，且多芯成像光纤对操作的波长较为敏感；波长较短时，由于纤芯尺寸及每个纤芯的数值孔径的限制，低于截止波长时会支持多个模式，此时多芯成像光纤成像对弯曲十分敏感。同时由于设计上的缺陷，多芯成像光纤中的多个纤芯之间容易产生信号串扰，因而导致多芯成像光纤的实际使用长度只能局限在米量级。

而且，目前通常采用多次堆栈的制备成像光纤束，即堆栈、拉伸、再堆栈、再拉伸的工艺，堆栈、拉伸的重复次数可能3～5次不等。这种制备办法，在处理纤芯数量较少(几百到几千)的情况下，尚可以轻松实现。但是对于纤芯数量增加到上万甚至十万以上的量级时，这种手动多次堆栈纤芯形成预制棒的方法，整体工艺复杂程度极高，难以实现。而且还要尽量抑制纤芯间的模式耦合，一方面需要保证纤芯间的最小距离的同时，还需要手动堆栈万级以上数量的纤芯；另一方面，传统多芯成像光纤，通过掺杂方式实现纤芯和包层的折射率差，而这种方式实现的折射率差异是有限的，且数值孔径相对较小，光纤导光能力进一步受限制，因此针对以上问题，迫切需要研究一种多芯成像光纤的简便制备技术，以使制备得到的多芯成像光纤的成像分辨率高，且纤芯之间的耦合程度低，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种低串扰多芯微结构成像光纤束的制备方法，能够实现毫米量级长度的光纤预制棒的生产，同时具有成像分辨率高、纤芯之间的耦合程度低的优点。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

本发明提供一种低串扰多芯微结构成像光纤束的制备方法，包括：

步骤S1，通过挤出法制备得到一结构单元，所述结构单元包括一中心圆孔和周围均匀分布的六个圆孔，所述中心圆孔的尺寸与位于其周围的六个圆孔的尺寸不相同，且任意两个相邻圆孔的尺寸不相同，位于其周围的六个圆孔的径向截面中心点依次连线构成正六边形；

步骤S2，制备多根毛细棒，每根所述毛细棒的尺寸与所述结构单元中对应的圆孔的尺寸相同，将所述毛细棒插入对应的圆孔中，形成一级堆栈结构；

步骤S3，对所述一级堆栈结构进行拉伸，制备得到纤芯堆栈棒；

步骤S4，将多根所述纤芯堆栈棒通过堆栈法相互平行排列且紧贴，形成截面接近于圆形的二级堆栈结构，随后将所述二级堆栈结构插入一毛细管中，形成光纤预制棒；

步骤S5，对所述光纤预制棒进行光纤拉丝，并根据一外部输入的第一控制指令主动精密控制所述二级堆栈结构中各处的气体压力，以形成一成像光纤束。