高性能红外空芯光纤设计与制作

摘要

空芯光纤作为一种有发展前景的红外传输光纤,具有易于制造,结构简单,柔韧性好,红外传输损耗小等显著的优点。空芯光纤根据内部结构和材料的不同可以分为全反射型及泄漏型两种。使用AgI,Ag分别作为介质层和金属层薄膜材料的空芯光纤是近些年研究中常见的泄漏型单层介质膜空芯光纤。
　　这类光纤在红外有较大的功率阈值以及平坦的传输特性。AgI/Ag空芯光纤已经在2.94μm以及10.6μm等常见的红外激光器的波长实现了实用化生产,能够以低至0.4dB/m的传输损耗进行大功率的激光传输,主要应用在工业以及医疗两大领域。尽管AgI/Ag结构的空芯光纤在红外有极低的传输损耗,但是对于其在可见光区域内的传输特性,一直没有这类光纤在可见光区域可传输的报导。
　　本文为了实现AgI/Ag结构空芯光纤的高性能化研究,能够制备出可见光、红外同时可传的AgI/Ag空芯光纤,首先通过理论分析了空芯光纤的传输损耗,并且针对现有文献中无法准确获得介质膜材料色散数值的情况,提出了一种根据损耗谱计算介质膜材料色散的方法,并且得到了几种空芯光纤常用介质膜材料的材料色散,对空芯光纤在可见光以及近红外区域传输特性的预估有重要意义。
　　同时,通过分析泄漏型空芯光纤的传输特性与其材料特性的关系,发现介质层表面粗糙度的存在是导致空芯光纤在可见光等短波长区域损耗大的原因。并且通过多组实验,分析AgI/Ag空芯光纤制作工艺、制作参数对AgI/Ag空芯光纤成膜后传输特性的影响,明确了各种性能的Ag/AgI光纤中介质镀膜的具体制作参数。最后,使用玻璃毛细管作为基管,采用液相化学镀膜方法制作了长1m内直径0.7mm的AgI/Ag空芯玻璃光纤。通过改进的制作工艺以及优化制作条件,合理的选择制作参数,不仅在红外获得平坦的传输特性(Er:YAG激光器损耗0.4dB/m),而且首次在530nm(绿光)处获得了7dB/m的低传输损耗,可以满足可见光作为导航光传输的要求。