[发明专利]一种具有硫系玻璃芯层/碲酸盐玻璃包层的多芯复合材料光纤及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有碲酸盐玻璃包层/硫系玻璃芯层的多芯复合材料光纤及其制备方法。该多芯复合材料的包层为一种多组分碲酸盐玻璃：(88‑x)TeO₂‑6Bi₂O₃‑xLi₂O‑6ZnO，其中x取6～14，芯层为一种硫系玻璃：(40‑y)Ge‑ySb‑60Se，其中y取6～12。本发明充分利用碲酸盐玻璃和硫系玻璃各自的高非线性和低声子能量以及两者间大的折射率差值，来实现复合材料光纤和多芯光纤的各个功能的集成化，其在中红外激光、超连续谱以及光子集成等领域有着极为重要的应用前景。

技术领域

本发明涉及特种光纤领域，具体涉及一种硫系玻璃芯层/碲酸盐玻璃包层的多芯复合材料光纤及其制备方法。

技术背景

比起一般的单材料光纤，复合材料光纤具有芯包折射率差和数值孔径值可调范围大以及色散和非线性值易调控等多种特点，而且它还能集成两种复合材料各自的优点。因此，以碲酸盐、硫系以及氟化物等中红外玻璃为芯包组成材料的复合光纤在中红外激光、中红外超连续谱、参量振荡以及传感等领域有着重要的应用前景。

近些年来，复合光纤得到了较快地发展。2009年，Chaudhari等人设计了一种以硼酸盐玻璃为包层、硫系玻璃为芯的复合材料光纤，并通过理论计算得出该光纤的零色散点已被调控至近红外波段。2015年，日本丰田大学报道了一种以碲酸盐玻璃为芯层、磷酸盐玻璃为包层的复合材料光纤，实现了色散和非线性方面的调控。不过，上述报道的复合材料光纤仅局限于传统的阶跃型结构，所以它们在光传输模式以及模场调控方面受到限制。而多芯光纤具有特殊的结构，使得其在上述两个方面具有很大的优势。但目前多芯光纤由于大部分采用空气孔，使得其结构较为脆弱，这极大地限制了该光纤的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种具有硫系玻璃芯层/碲酸盐玻璃包层的多芯复合材料光纤，充分利用硫系玻璃以及碲酸盐玻璃各自的高非线性和低声子能量以及两者间大的折射率差，来实现复合材料光纤和多芯光纤的各个功能的集成化。

本发明的技术方案：

该多芯复合材料光纤的包层为一种多组分碲酸盐玻璃，具体组分为(88-x)TeO₂-6Bi₂O₃-xLi₂O-6ZnO，其中x取6～14；芯层为一种硫系玻璃，具体组分为：(40-y)Ge-ySb-60Se，其中y取6～12。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

该多芯复合材料光纤的丝径为125～300μm。

包层截面上对应于芯层的多个孔分为多圈同心排布。

包层截面上对应于芯层的多个孔整体呈正多边形。

一种上述多芯复合材料光纤的制备方法，包括如下步骤：

1)将包层的原料混合、芯层的原料混合，利用熔融淬冷法分别制备得到碲酸盐玻璃预制棒和硫系玻璃预制棒；

2)将所述硫系玻璃预制棒置于软玻璃红外拉丝塔中，通过热拉制法得到硫系玻璃小棒；对所述碲酸盐玻璃预制棒进行打孔处理，得到多孔碲酸盐预制棒；

3)将所述硫系玻璃小棒放置于多孔碲酸盐玻璃预制棒的空心孔中，得到具有管棒结构的多芯复合材料光纤预制棒；

4)将所述多芯复合材料光纤预制棒置于软玻璃红外拉丝塔中，通过热拉制法制备得到具有硫系玻璃芯层/碲酸盐玻璃包层的多芯复合材料光纤。

步骤2)和步骤4)热拉制过程中均采用惰性气体进行保护。

步骤2)中，热拉制温度为400～440℃，拉制得到的硫系玻璃预制棒小棒尺寸范围为0.5～1mm。