一种制作红外空芯光纤的方法

1. 一种制作红外空芯光纤的方法，其特征在于具体步骤为：
（1）活化处理，使用0.1~1 %质量分数的SnCl2水溶液处理空芯光纤毛细管内壁表面，时间8--15s；
（2）液相镀银，使用液相镀膜法，利用银镜反应的原理在空芯光纤毛细管内壁表面镀一层银膜；
（3）碘化处理，使用酒精作为碘单质的溶剂，将配制好的碘酒精溶液，用真空泵泵入内壁表面镀有银膜的空芯光纤毛细管，使空芯光纤毛细管内壁表面银膜的表层发生碘化反应，形成碘化银膜，从而在空芯光纤毛细管内壁表面形成银膜和碘化银膜双层结构，即得到在可见光-近红外波长范围内具有低损耗窗口的红外空芯光纤，亦称Ag/AgI光纤；
其中，控制碘酒精溶液的浓度为0.5~8g/L ，碘酒精溶液的流速为0.4~0.6 mL/ s ，碘化反应的温度为-30℃ ~30℃ ，碘化反应的时间为10s~40s。
2. 根据权利要求1所述的制作红外空芯光纤的方法，其特征在于：在7℃下，使用浓度为1g/L的碘酒精溶液，反应18s，得到在1.064μm处具有低损耗窗口的红外空芯光纤。

一种制作红外空芯光纤的方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于光电子材料技术领域，具体涉及一种红外空芯光纤的制作方法。 背景技术\n[0002] 红外空芯光纤以空气或者其他气体、液体作为光的主要传播介质，具有材料色散小，吸收小，非线性效应阈值高等优点，同时在红外波长范围内具有低损耗；可用于传输光，以及制作各种光电子器件、气体或者液体传感器等，广泛应用在医疗、科研、工业等领域。 [0003] 现有的红外空芯光纤主要分为三类：第一类是蓝宝石等材料制作的全反射型空芯光纤，造价较高。第二类是泄漏型空芯光纤，在光纤外围或者内层涂上反射膜，这种反射膜可以由金属（如银）与介质膜（如碘化银、聚合物）等组成，金属与介质膜的反射率不同，反射膜一般为两层或多层。第三类是光子晶体（光子带隙）光纤。这种光纤的空芯区外围是多孔圆柱型材料，利用光在多孔区域上多次折射和反射，限制光束扩展至光纤外。其中第二类光纤研究较为成熟，制作简单，成本适中。在可见光-近红外波长范围内常用金属/聚合物空芯光纤，其缺点是制作周期长，工艺难度较高；且获得的光纤功率阈值较低。但传统的具有较高功率阈值的金属/金属卤化物空芯光纤只能在中远红外波长范围内实现低损耗。 发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提出一种工艺简单，能在可见光-近红外波长范围内实现低损耗的红外空芯光纤的制作方法。 \n[0005] 本发明提出的红外空芯光纤的制作方法，具体步骤如下： \n[0006] 1、活化处理，使用0.1~1 %质量分数的SnCl2水溶液处理空芯光纤毛细管内壁表面，时间8--15s，通过这一步骤可以加快银膜沉积的速度，并减少银膜表面的粗糙度；\n[0007] 2、液相镀银，使用液相镀膜法，利用银镜反应的原理在空芯光纤毛细管内壁表面镀一层银膜（Ag），渡膜装置如图1所示；\n[0008] 3、碘化处理，使用酒精作为碘单质的溶剂，将配制好的碘酒精溶液，用真空泵泵入内壁表面镀有银膜的空芯光纤毛细管（为玻璃管），使空芯光纤毛细管内壁表面银膜的表层发生碘化反应，形成碘化银膜（AgI），从而在空芯光纤毛细管内壁表面形成银膜和碘化银膜双层结构（Ag/AgI），即得到在可见光-近红外波长范围内具有低损耗窗口的红外空芯光纤，亦称Ag/AgI光纤。碘化处理装置如图2所示。 \n[0009] 本发明的碘化反应中，通过选择适当控制碘酒精溶液的浓度或流速，碘化反应的温度或时间控制反应速度，以获得在可见光-近红外波长范围内具有特定低损耗窗口的Ag/AgI光纤。一般地，控制碘酒精溶液的浓度为0.5~8g/L ，碘酒精溶液的流速为0.4~0.6 mL/ s，碘化反应的温度为-30℃ ~30℃ ，碘化反应的时间为10s~40s。 \n[0010] 总的来说，碘酒精溶液浓度越低，碘酒精溶液流速越低，碘化反应温度越低，碘化反应速度越慢。具体来说，在碘化反应中，可通过控制碘酒精溶液的浓度，控制反应速度，在特定的反应时间下可以得到预期的碘化银膜，从而在目标波长处得到期望的低损耗窗口。\n或者通过控制反应温度，控制反应速度，在特定的反应时间下可以得到预期的碘化银膜，从而在目标波长处得到期望的低损耗窗口。或者通过控制碘酒精溶液的流速，控制反应速度，在特定的反应时间下可以得到预期的碘化银膜，从而在目标波长处得到期望的低损耗窗口。 \n[0011] 在一个实施例中，使用浓度为1g/L的碘酒精溶液，在7℃下反应18s，制作出的红外空芯光纤在1.064μm处可以得到低损耗窗口。 \n[0012] 本发明中，空芯光纤毛细管（为玻璃基管）的内径为 50μm -- 5000 μm 。 [0013] 本发明方法工艺简单，控制方便。与传统的采用碘的环己烷溶液相比，本发明方法可大大降低各个膜层的表面粗糙度，可以得到在可见光-近红外波长范围内具有低损耗窗口的红外空芯光纤。例如使用这种方法制作的光纤可以在1μm处的近红外波长带实现低损耗，大大拓展了Ag/AgI结构红外光纤应用范围。 \n附图说明\n[0014] 图1：银镜反应装置图。 \n[0015] 图2：碘化反应装置图。 \n[0016] 图3：优化在1.06μm的光纤传输损耗谱。 \n[0017] 图中标号：1为空芯光纤毛细管（玻璃管），2为银氨溶液瓶，3为葡萄糖溶液瓶，4为废液瓶，5为真空泵，6为碘酒精溶液瓶，7为内壁表面镀有银膜的空芯光纤毛细管。 具体实施方式\n[0018] 下面通过实施例进一步描述本发明。 \n[0019] 首先，使用质量浓度为0.1%的SnCl2水溶液活化空芯光纤毛细管内壁表面，通过这一步骤可以加快 下一步银膜沉积的速度，并减少银膜表面的粗糙度；然后，使用液相镀膜法，利用银镜反应的原理在空芯玻璃管内壁镀一层银膜。然后，以酒精为碘单质的溶剂，使用一定浓度的碘溶液进行碘化反应。反应中使用真空泵以一定流速抽取碘酒精溶液。通过调节碘酒精溶液浓度、碘化反应温度，控制碘化反应速度，然后控制碘化反应时间，得到不同厚度的碘化银。 \n[0020] 具体的操作步骤及参数： \n[0021] 1、利用附图1所示装置，将图中的AgNO3溶液和葡萄糖溶液用SnCl2溶液（浓度为\n0.1%质量分数）替代，用真空泵均匀、快速地抽取溶液约8--15s，使其通过空芯光纤毛细管（玻璃管）。通过这一步骤可以加快银膜沉积的速度，并减少银膜表面的粗糙度；\n[0022] 2、利用附图1所示装置，使用液相镀膜法，利用银镜反应的原理在空芯光纤毛细管（玻璃管）内壁镀一层银膜。此步骤属于本领域的常规的工艺步骤，在此不赘述。\n[0023] 3、将镀好银膜的空芯光纤毛细管用氮气吹干，利用附图2所示装置，用真空泵均匀抽取碘酒精溶液，碘酒精溶液浓度、碘化反应时间和温度可以根据实际实验条件和目标波长调节。 \n[0024] 如在7℃下，使用1g/L的碘酒精溶液反应18s，可以制作出长1m，在1.064μm处得到低损耗的光纤。损耗谱如附图3所示。反应速度和损耗均会随着溶液浓度和反应温度的增加而增加。 \n[0025] 在20℃下，使用2g/L的碘酒酒精溶液反应34s，可以制作出长1m, 在1.064μm处得到低损耗的光纤。 \n[0026] 在0℃下，使用5g/L的碘酒酒精溶液反应13s，可以制作出长1m, 在1.064μm处得到低损耗的光纤。 \n[0027] 在0℃下，使用8g/L的碘酒酒精溶液反应7s，可以制作出长1m, 在1.064μm处得到低损耗的光纤。