微纳光纤制备方法及高精度直径控制技术

发布时间：2021-08-09 17:17

　　微纳光纤具有小尺寸、强光场约束、大比例倏逝场、低传输损耗等特性,近年来获得广泛关注及应用研究,其中微纳光纤的制备精度是决定其导波特性及应用性能的关键因素.本文首先介绍玻璃微纳光纤的高温拉伸制备原理,接着重点介绍基于火焰加热手持式拉伸、火焰加热机械扫描拉伸、电加热机械扫描拉伸及激光加热机械扫描拉伸的微纳光纤实验制备方法,分析及比较了四种制备方法的优缺点.同时,简要介绍了聚合物微纳光纤的制备方法.然后,详细介绍了基于高阶模截止的直径反馈控制原理、控制技术及纳米级直径控制精度的制备系统,以及微纳光纤的在线直径测量方法.最后,简要总结微纳光纤制备方面的已有进展,并探讨进一步研究方向. 

【文章来源】：中国科学:物理学 力学 天文学. 2020,50(08)北大核心CSCD

【文章页数】：14 页

【部分图文】：

光纤拉锥的结构示意图[21]

图1 光纤拉锥的结构示意图[21]通常,火焰加热拉伸法可分为手持拉伸和机械扫描拉伸两种方法.实验室中常用的加热火焰为氢氧焰或丁烷焰[24,25].氢气在空气中燃烧温度最高可达2100°C,氢氧混合气体燃烧温度更高,当混合气体中氢气与氧气的化学当量比值为2?1时,燃烧温度可达2800°C.同时,基于电解水制氢的氢气发生器使用安全,气流纯度和稳定性很好,适合玻璃微纳光纤的加热拉伸应用.由于氢氧焰燃烧会产生水蒸气,在某些应用中,为消除氢氧根对光纤近红外波段传输损耗的影响,可使用丁烷焰加热,其加热温度最高可达1970°C,完全满足各种玻璃微纳光纤的加热拉伸需求.

为提高加热区的稳定性,拉制直径更小的微纳光纤,2003年Tong等人[27]提出两步拉伸法(图4),其一般步骤为:首先,使用火焰加热将玻璃光纤拉成微米直径的光纤,并将其缠绕在一根直径为几百微米的蓝宝石光纤尖端,使用火焰加热蓝宝石光纤尖端,使其温度达到玻璃拉伸温度(约1700°C),利用蓝宝石光纤的热惯性稳定拉伸温度,然后以1–10 mm/s的速度拉伸光纤,获得微纳光纤.使用该方法,手持式拉伸制备的微纳光纤直径可低至50 nm左右.此外,还可以使用拉力自调节拉伸法[28],使用手持式火焰加热拉伸制备直径低至20 nm的微纳光纤.图4(网络版彩图)火焰加热二步拉伸法示意图.(a)由蓝宝石光纤辅助的火焰加热拉制微纳光纤示意图;(b)拉制过程的放大示意图[27]

【参考文献】：
期刊论文
[1]微纳光纤的制备及其光学特性研究[J]. 张庭,刘颖刚,刘鑫,高晓艳,张静乐,李康.  压电与声光. 2018(05)
[2]Spectra of spontaneous Raman scattering in taper-drawn micro/nano-fibers[J]. 徐颖鑫,崔亮,李小英,郭骋,李宇航,徐忠扬,王力军,方伟.  Chinese Physics B. 2016(12)
[3]亚波长直径光纤的光学传输特性及其应用[J]. 童利民,潘欣云.  物理. 2007(08)

硕士论文
[1]微纳光纤的制备和传感性质研究[D]. 刘子健.吉林大学 2016



本文编号：3332477