[发明专利]一种空芯的复合玻璃光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空芯的复合玻璃光纤及其制备方法。该空芯的复合玻璃光纤的包层为磷酸盐玻璃，纤芯由薄的高折射率硫系半导体层和中心的空气孔组成，光纤由外层至内层依次为磷酸盐玻璃包层、硫系半导体层以及空气孔。本发明空芯的复合玻璃光纤具有高的红外透过性、大的非线性系数、大的光电导性、能产生中红外超连续光谱以及在中远红外有较低损耗等特点，且稳定支持涡旋光传输。本发明制备方法充分利用磷酸盐玻璃和硫系半导体纤芯材料的润湿性，由硫系半导体纤芯材料在高温条件下于磷酸盐玻璃内的非贯穿孔中热熔自然形成环状纤芯，再用简单的传统拉丝法，获得空芯的复合玻璃光纤。

技术领域

本发明属于复合材料光纤技术领域，具体涉及支持涡旋光传输的空芯复合玻璃光纤及其制备方法。

背景技术

自从1980年以来，光纤在激光器、非线性光学、生物医疗、传感领域备受青睐。近年来，随着光纤技术的迅猛发展，人们对具有特殊功能的特种光纤需求不断增多。如：用于高纯度低串扰的轨道角动量传输光纤，用于高功率的中远红外光纤，用于全光信号处理的高非线性光纤，用于光电探测的高光电特性光纤。一般有三种思路去获得这些高性能、多功能的特种光纤，一是组分复合光纤，将特殊性能的功能材料集成到光纤中，实现光纤多功能化；二是结构复合光纤，在光纤中设计不同结构，实现不同的特殊功能；三是组分-结构一体化复合光纤，将新结构和新材料一起集成到光纤上，实现多功能一体化。因此，光纤技术的研究已经迈进了一个较高的台阶，朝着复合化、结构化、智能化迈进，复合玻璃光纤备受关注，其在红外传输、非线性领域、光电领域潜力巨大。

然而，在制备特种光纤，特别是复合材料微结构光纤工艺方面，存在很多挑战。目前制备复合材料微结构光纤的方法主要有：高压化学气相沉积法、压力辅助下的融熔填充法和挤压法等。其中，高压化学气相沉积法已经被证实是微结构光纤有力的制备技术，特别是在制作半导体光纤方面，包层相当于反应场所，物质在高温激发或者光激发条件下由气态慢慢的沉积在管内壁，直至填满整个空间，通过控制沉积的条件或者后期的处理，纤芯的晶态也可以被相应控制，但是制备的长度有限，而且对设备的要求相对要高；压力辅助下的融熔填充法是先制备出微结构光纤，然后再利用高温高压将融熔的材料选择性地挤压进毛细管里，制成复合材料微结构光纤，其工艺复杂，对设备的要求也较高；挤压法是先设计好预制棒的模具，然后将融熔的玻璃液倒入模具，再通过挤压方式制备出预制棒，通过热拉技术拉制成光纤，该方法设计模具比较复杂。这些制作方法制备的复合材料微结构光纤工艺复杂，而且设备要求都较高。

在通信技术方面，随着通信技术发展，尽管时分复用、波分复用、偏振复用技术已大幅度提高了通信系统传输容量。然而，随着大数据、物联网时代的到来，人们对通信系统传输容量的需求剧增。因此，采用新的复用技术进一步扩容有重大意义。模式复用技术备受关注，涡旋光光通信就是模式复用之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种空芯的复合玻璃光纤制备方法，具体为一种支持涡旋光传输的空芯复合玻璃光纤。该空芯的复合玻璃光纤属于组分-结构一体化光纤，具有高的红外透过性、大的非线性系数、大的光电导性、能产生中红外超连续光谱以及在中远红外有较低损耗等特点，且稳定支持涡旋光传输，可应用于红外波段的非线性光学和传感等领域，有利于拓宽涡旋光在红外、非线性和传感等方面的研究；同时，能优化环形光纤的模场面积，进一步增大非线性系数，应用前景广阔。

本发明的目的还在于提供所述的一种空芯的复合玻璃光纤的制备方法。该制备方法充分利用磷酸盐玻璃和硫系半导体纤芯材料的润湿性，由硫系半导体纤芯材料在高温条件下于磷酸盐玻璃内的非贯穿孔中热熔自然形成环状纤芯，再用简单的传统拉丝法获得空芯复合玻璃光纤。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种空芯的复合玻璃光纤，光纤的包层为磷酸盐玻璃，纤芯由薄的高折射率硫系半导体层和中心的空气孔组成，光纤由外层至内层依次为磷酸盐玻璃包层、硫系半导体层以及空气孔；