微納光纖具有小尺寸、強(qiáng)光場(chǎng)約束、大比例倏逝場(chǎng)、低傳輸損耗等特性,近年來(lái)獲得廣泛關(guān)注及應(yīng)用研究,其中微納光纖的制備精度是決定其導(dǎo)波特性及應(yīng)用性能的關(guān)鍵因素.本文首先介紹玻璃微納光纖的高溫拉伸制備原理,接著重點(diǎn)介紹基于火焰加熱手持式拉伸、火焰加熱機(jī)械掃描拉伸、電加熱機(jī)械掃描拉伸及激光加熱機(jī)械掃描拉伸的微納光纖實(shí)驗(yàn)制備方法,分析及比較了四種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn).同時(shí),簡(jiǎn)要介紹了聚合物微納光纖的制備方法.然后,詳細(xì)介紹了基于高階模截止的直徑反饋控制原理、控制技術(shù)及納米級(jí)直徑控制精度的制備系統(tǒng),以及微納光纖的在線直徑測(cè)量方法.最后,簡(jiǎn)要總結(jié)微納光纖制備方面的已有進(jìn)展,并探討進(jìn)一步研究方向. 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2020,50(08)北大核心CSCD

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【部分圖文】：

光纖拉錐的結(jié)構(gòu)示意圖[21]

圖1 光纖拉錐的結(jié)構(gòu)示意圖[21]通常,火焰加熱拉伸法可分為手持拉伸和機(jī)械掃描拉伸兩種方法.實(shí)驗(yàn)室中常用的加熱火焰為氫氧焰或丁烷焰[24,25].氫氣在空氣中燃燒溫度最高可達(dá)2100°C,氫氧混合氣體燃燒溫度更高,當(dāng)混合氣體中氫氣與氧氣的化學(xué)當(dāng)量比值為2?1時(shí),燃燒溫度可達(dá)2800°C.同時(shí),基于電解水制氫的氫氣發(fā)生器使用安全,氣流純度和穩(wěn)定性很好,適合玻璃微納光纖的加熱拉伸應(yīng)用.由于氫氧焰燃燒會(huì)產(chǎn)生水蒸氣,在某些應(yīng)用中,為消除氫氧根對(duì)光纖近紅外波段傳輸損耗的影響,可使用丁烷焰加熱,其加熱溫度最高可達(dá)1970°C,完全滿足各種玻璃微納光纖的加熱拉伸需求.

為提高加熱區(qū)的穩(wěn)定性,拉制直徑更小的微納光纖,2003年Tong等人[27]提出兩步拉伸法(圖4),其一般步驟為:首先,使用火焰加熱將玻璃光纖拉成微米直徑的光纖,并將其纏繞在一根直徑為幾百微米的藍(lán)寶石光纖尖端,使用火焰加熱藍(lán)寶石光纖尖端,使其溫度達(dá)到玻璃拉伸溫度(約1700°C),利用藍(lán)寶石光纖的熱慣性穩(wěn)定拉伸溫度,然后以1–10 mm/s的速度拉伸光纖,獲得微納光纖.使用該方法,手持式拉伸制備的微納光纖直徑可低至50 nm左右.此外,還可以使用拉力自調(diào)節(jié)拉伸法[28],使用手持式火焰加熱拉伸制備直徑低至20 nm的微納光纖.圖4(網(wǎng)絡(luò)版彩圖)火焰加熱二步拉伸法示意圖.(a)由藍(lán)寶石光纖輔助的火焰加熱拉制微納光纖示意圖;(b)拉制過(guò)程的放大示意圖[27]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]微納光纖的制備及其光學(xué)特性研究[J]. 張庭,劉穎剛,劉鑫,高曉艷,張靜樂(lè),李康.  壓電與聲光. 2018(05)
[2]Spectra of spontaneous Raman scattering in taper-drawn micro/nano-fibers[J]. 徐穎鑫,崔亮,李小英,郭騁,李宇航,徐忠揚(yáng),王力軍,方偉.  Chinese Physics B. 2016(12)
[3]亞波長(zhǎng)直徑光纖的光學(xué)傳輸特性及其應(yīng)用[J]. 童利民,潘欣云.  物理. 2007(08)

碩士論文
[1]微納光纖的制備和傳感性質(zhì)研究[D]. 劉子健.吉林大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3332477