一種用于從側面導入信號激光并能激光泵浦的光纖制造技術

一種用于從側面導入信號激光并能激光泵浦的光纖，其主要特征是，稀土元素摻雜玻璃芯層具有一定的光散射特性，能將從光纖側面進入芯層的信號激光進行散射，使部分符合光纖數值孔徑角的信號激光沿光纖傳輸。同時，能在泵浦激光的作用下，對這些沿光纖傳輸的信號激光進行能量補償，使其能有效傳輸一定的距離。本發明專利技術提供的光纖，突破了目前現有光纖僅能從端面導入信號激光的方式，使光纖的動態無線激光通信成為可能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種光纖，具體涉及一種從側面導入信號激光并能激光泵浦的光纖。
技術介紹
目前，在光纖中傳輸的信號激光都是從光纖端面導入的，通常的做法是，先通過準直鏡(或準直裝置)將入射信號激光準直處理，使其滿足一定的數值孔徑要求后，再由光纖端面導入光纖中。這種現有光纖的信號激光傳輸方式，屬于靜態有線激光通信，它需要兩個條件:第一，入射信號激光源與光纖端面相對固定；第二，入射的信號激光與光纖端面軸線夾角不大于光纖數值孔徑角。如果任一條件發生變化，如入射的信號激光與光纖端面軸線夾角大于光纖數值孔徑角，或入射信號激光源按一定的軌跡移動(不一定沿信號激光入射方向)，就目前現有技術的光纖，則無法完成信號激光的光纖導入和傳輸。
技術實現思路
為了突破目前現有光纖的信號激光導入方式，本專利技術提供一種能從光纖側面導入信號激光并能激光泵浦的光纖。目前玻璃光纖的典型結構，由內向外分別是芯層、包層和涂覆層。芯層和包層分別由不同折射率的玻璃做成。涂覆層一般采用有機酯類或有機硅膠類，其作用是提高光纖的機械強度，起到保護芯層和包層的作用，另一方面是阻止包層里的光線跑出，起到保光作用。本專利技術的內容，方案一是:所提供的光纖是以稀土元素摻雜玻璃材料為芯層，以玻璃材料為包層(折射率小于芯層)，以高透光有機光學材料為涂覆層；涂覆層折射率小于包層；芯層具有一定的光散射特性(相應于入射信號激光)；芯層直徑可以比常規的單模光纖芯層直徑大，可以達到幾十微米，甚至幾百微米。以上四個方面共同構成對本專利技術光纖方案一的描述。本專利技術的內容，方案二是:所提供的光纖是以稀土元素摻雜玻璃材料為芯層，以高透光有機光學材料為涂覆層兼包層；涂覆層兼包層的折射率小于芯層；芯層具有一定的光散射特性(相應于入射信號激光)；芯層直徑可以比常規的單模光纖芯層直徑大，可以達到幾十微米，甚至幾百微米。以上四個方面共同構成對本專利技術光纖方案二的描述。對于本
技術實現思路
方案一和方案二，稀土兀素摻雜玻璃材料芯層，其具有一定的光散射特性，是本專利技術光纖區別于常規稀土元素摻雜光纖最大的不同，同時也是區別于常規玻璃光纖(芯層散射性極小)的一個顯著特征。涂覆層的高透光及低折射率要求，是本專利技術光纖區別于常規玻璃光纖的又一特征(某些光纖的高折射率涂覆層用于側漏光線的損耗吸收)。芯層直徑可以很大，是本專利技術光纖在結構上的特征。由于現有光纖涂覆層的作用是提高機械強度和保光，所以其透光率一般不是很高，有的還帶有顏色。當入射信號激光4照射到現有玻璃光纖側面涂覆層3上，如圖1，大部分入射信號激光4被反射和損耗掉，只有少部分入射信號激光4按幾何光學折射定律進入涂覆層3。進入涂覆層3的入射信號激光4繼續向前傳導，每經過一個材料層界面時均發生一次反射和折射，最后從光纖對側面透射而出。在入射信號激光4從涂覆層透射光纖包層2和芯層I的過程中，由于其導光材料的高度均勻性，入射信號激光4幾乎沒有散射現象，所以經過芯層I的入射信號激光4，除了在包層I界面上有幾次折射和反射并迅速消失外(其它界面也有折射和反射)，并沒有出現符合光纖數值孔徑角要求的信號激光，這正是現有光纖無法從側面導入信號激光的原因。本專利技術提供的方案一光纖，如圖2，當入射信號激光4照射到該光纖側面高透光涂覆層7上時，由于涂覆層材料的高透光特性，入射信號激光4只有部分被反射掉，其余大部分入射信號激光4經高透光涂覆層7和新型光纖包層6進入稀土散射芯層5區域(該部分入射信號激光4簡稱為入射激光)。由于稀土散射芯層5具有一定的光散射特性，進入該區域的入射激光就整個稀土散射芯層5來說，已不再遵守幾何光學折射定律，而是發生一定程度地散射。在這些散射的入射激光中，有一定量的入射激光已經符合該光纖數值孔徑角要求，而沿光纖傳輸。這些沿光纖傳輸的入射激光同時也發生散射(一定比例)，導致該部分入射激光隨著傳輸距離的增大而逐漸減弱，直至完全消失。沿光纖傳輸的入射激光的這一傳輸模式，類似于塑料光纖對光的傳輸(有機分子散射)。為了有效增加沿光纖傳輸的入射激光的傳輸距離，將泵浦激光8從光纖端面導入光纖，由于稀土散射芯層5的稀土兀素摻雜特性，這些入射激光在泵浦激光8的作用下，能量隨傳輸而增加，以彌補傳輸過程中因散射而損失的能量(摻雜的稀土元素種類與可泵浦入射激光相對應)。對于本專利技術提供的方案二光纖，如圖3，其側面進入入射信號激光4的原理，入射激光沿光纖傳輸模式，以及泵浦激光8的放大作用，都與本專利技術提供的方案一光纖相同。只是在功能結構上，將方案一光纖的新型光纖包層6和高透光涂覆層7合二為一。同樣，由于稀土散射芯層5的光散射特性,泵浦激光8在沿光纖傳輸的同時其能量也因散射而逐漸減弱，這一特性決定了本專利技術提供的光纖，適合于一定長度內的短距離通 目。本專利技術的有 益效果是，突破了目前現有光纖的信號激光導入方式，使光纖的動態無線激光通信成為可能。如圖4，隨物體一起移動的入射信號激光源9，將入射信號激光4照射到本專利技術所提供的光纖側面上，被光纖捕獲并沿光纖傳輸的入射激光，在激光泵浦源10所產生的泵浦激光作用下向前傳輸，最后到達末端光接收處理器11，被提取使用。另外，為了延長本專利技術光纖的有效通信距離，可以采用雙向激光泵浦。雖然本專利技術提供的光纖僅適合于一定長度內的短距離通信，但它卻能解決很多目前的通信難題，如解決從高速轉動的旋轉體向固定體傳輸大容量即時信息的問題，典型的應用如CT機通信滑環等。附圖說明圖1是現有玻璃光纖無法側面導入信號激光示意2是本專利技術提供的方案一光纖側面導入信號激光示意3是本專利技術提供的方案二光纖側面導入信號激光示意4是本專利技術有益效果應用圖圖中1.芯層，2.包層，3.涂覆層，4.入射信號激光，5.稀土散射芯層，6.新型光纖包層，7.高透光涂覆層，8.泵浦激光，9.入射信號激光源，10.激光泵浦源，11.光接收處理器具體實施方式:本專利技術提供的光纖，生產加工流程同現有玻璃光纖一樣，分為材料制備和工藝制纖兩部分。材料制備:本專利技術提供的光纖，最核心的材料制備內容在稀土散射芯層5上。散射芯層5要求具有一定的散射特性，這可以通過幾種方法做到，一種是往稀土元素摻雜玻璃基材里加入無機光散射劑，如碳酸鈣、納米硫酸鋇等，由于這些光散射劑透光性不是很好，導致對傳輸光纖的損耗比較大。另一種方法是，在稀土元素摻雜玻璃基材里加入高軟化溫度的另一折射率玻璃納米微粒，靠形成的折射率差異微相(以下簡稱散射微相)改變光線前進方向，達到對傳輸光線散射的目的。還有一種方法是，將高軟化溫度的另一折射率稀土元素摻雜玻璃加工成納米微粒，并混溶入稀土元素摻雜玻璃基材里，這樣既能實現對傳輸光線的散射，又能在散射微相里實現對傳輸光線的激光泵浦。還有一種可能的方法是，通過稀土元素的摻雜工藝處理，即能實現激光的可泵浦功能，又能達到對入射信號激光的散射作用。無論是無機光散射劑(含稀土摻雜散射)還是玻璃質散射微相，其體積尺寸都影響著對傳輸光線的散射效果，一般可控制在傳輸光線波長的二十分之一到十分之一。另外，稀土散射芯層5的散射率并不是越大越好，而是達到一定的程度，一般可控制在5 %到50 %，或參照氟樹脂塑料光纖的光散射率。高透光涂覆層7的制備，可采用高純度的有機導光材料，如柔性丙烯酸脂類、氟樹脂類和有機硅膠類等等。為了提高涂覆層與玻璃的親和性，往往還采用二次涂本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于從側面導入信號激光并能激光泵浦的光纖，其特征在于：稀土元素摻雜玻璃芯層具有一定的光散射特性；有機光學材料涂覆層具有高透光性；芯層直徑可以達到幾十微米，甚至幾百微米。對于方案一光纖，其主要構成包括：稀土散射芯層(5)、新型光纖包層(6)、高透光涂覆層(7)；對于方案二光纖，其主要構成包括：稀土散射芯層(5)、高透光涂覆層(7)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王彬，
申請(專利權)人：王彬，
類型：發明
國別省市：