光子晶体光纤的制备.ppt
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1、光子晶体光纤的制备,光子晶体光纤简介,光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF),又称为微结构光纤 (Microstructured Fiber)或多孔光纤(Holey Fiber),这一概念由Russell等 于1992年提出。它是基于光子晶体发展起来的新一代传输光纤。,光子晶体光纤就是在二维光子晶体纤维的长度方向上制造缺陷,从而能够导光的波导。,光子晶体光纤截面示意图,光纤包层为空气和石英的周期结构,周期常数(或晶格常数)为波长量级。光纤纤芯是破坏了这种周期结构的缺陷,这种缺陷可以是空气,也可以是石英。,目前研究得比较多的硅一空气结构的光子晶体光纤:由空气孔和硅材
2、料组成的规则排列的二维周期性结构,然后在中心处制造出缺陷,缺陷可以是实芯的,也可以是各种形状的空气孔。,光子晶体光纤的制备,光子晶体光纤的制造方法 光子晶体光纤的制备工艺流程 预制棒的制备 光子晶体光纤制备过程中的影响因素,光子晶体光纤的制造方法,将石英毛细管捆绑起来,一起熔化,最终成功地拉制出了PCF。这种捆绑拉制过程可以很容易地把实芯、空芯、或是掺杂区域组合起来。这种工艺的成功主要在于有稳定的机械结构使得表面张力趋于平衡,因而在拉制过程中能保持空气孔的排列有序。,方法一,在这张图上可以看到预制棒从上方送入一个环形的石墨炉中(由于高温预制棒发亮),在炉体的下方光子晶体光纤被手动控制(在图中可
3、以看到操作者的手)。,PCF拉制示意图,另一种可行的工艺是挤压法,挤压熔化的玻璃使之通过一个模具,此模具中孔的排列方式经过了适当的设计。挤压技术可以直接把大块玻璃拉成光纤,并且几乎能拉成各种结构(晶体的或是非晶体的)。它可以用于多种材料,包括硫化玻璃和复合玻璃。,方法二,光子晶体光纤的制备工艺流程,据不同的使用要求,进行结构设计。结构设计通常包括根据实际应用情况确定PCF的类型,设计PCF的几何尺寸, 其中包括:芯部的形状、几何尺寸,包层中空气孔的几何尺寸、数量和排列方式等。,根据不同的设计要求,选择具有良好几何尺寸和光学表面的石英管,进行充分严格的清洗后,拉制出不同直径、不同壁厚的毛细管。,
4、将拉制出的毛细管切断,按照紧密方式堆积成光子晶体光纤的放大结构,然后对排好的毛细管进行捆绑粘结。再将其放到厚壁玻璃管中,形成预制棒。,将预制棒放入光纤拉丝塔中进行拉制。通常光 子晶体光纤的拉制温度要明显低于拉制单丝的温度,以保持单丝形状及捆绑的排列形状和结构。,将拉制出的PCF截断一小段,切平端面,利用电子显微镜观测PCF横截面结构,对此进行分析,计算收缩比是否满足设计要求,及时调整拉制的温度、下棒速度以及拉丝速度。,因为石英玻璃光纤本身是比较脆,而引入众多孔的光子晶体光纤就更为脆弱易折,经不起弯曲和摩擦,所以当光纤成形后要立即涂上丙烯酸树脂或硅树脂,通过加热炉或紫外光照射的方法使涂覆材料固化
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