TW200811494A - Method for fabricating indirect-heated double-clad crystal fiber - Google Patents

Description

200811494 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與傳遞訊號所使用之光纖有關，特別是有關於 間接加熱之雙域衣晶體光纖(Double-clad crystal fiber)製造 方法。 【先前技術】 就目前所知及所使用的技術可知，玻璃光纖的製造方法 • 有好，最常見的是將玻璃圓柱設置於-抽轉的頂端，以 一高溫的加熱火爐間接加熱軟化玻璃圓柱，再將軟化的玻璃 1〇圓柱向下抽拉以形成-玻璃光纖，·此方法所生產的玻璃 光纖具有低輸損耗、直徑均勻和生長快速的優點，但是因為 高速的生長反騎—質魏，所以這個方法並不適合 用來生長製造單晶體光纖。 15

20 另-種現有的製造光纖的方式為雷射加熱基座生長法 (Laser heated pedestal growth meth〇d)，這種方法不僅可以 避免抽祕綠生單晶晶體賴關題，也可以克服半導體 製程無法光纖化的問題。^且雷射加熱基座生長法所生 =雙齡晶财有良好的顧雜，足叫受瓦級的果激 功率，可與玻璃光纖溶燒，進而構成全光 之纖"縮小到2G财，晶纖長度為_， 在波長1064奈米功率U6瓦特的粟激 長剛7奈米產生16dB的小_增益 吏== 縮小=微=下則應可以產生3㈣以上的訊號增=乂 -疋，由於目則雷射光源的功率變化的問題⑻⑹，若 -4- 200811494 以雷射直接對玻_柱加熱要簡生長出纖心直經小於2〇 微米同時又能夠保持直徑均勻的雙纖衣晶纖很不容易。 【發明内容】 ^發明之主要目的在於提供—直徑均勻且融直徑小於 10微米之雙纖衣晶纖的製造方法。 制、^達^上述目t ’本發明之間接加熱之雙纖衣晶體光纖 衣 糸用—官狀晶體作為一加熱電容器、（Thermal 10 後以雷射對該管狀晶體進行加熱以形成一穩 ==:容(管狀晶體並無純），再利用該高溫熱電容 產H射來間接加熱朗毛細管進岐成餘均勻且纖心 尺寸小於10微米之雙纖衣晶纖。 【實施方式】 15 配人=拍說明本發明之特徵及功效，以下兹舉實施例並 配石圖式，說明如下。 =本發明實施例cnYAG晶體域使用管狀晶體 产、、幸田射加熱生長之示意圖。 20 曰本發明實施烟财限元素分析法模擬以管狀 曰曰體=作熱電容加熱玻璃毛細管之二維溫度分佈圖。 罘二圖為本發明實施例利用有限元素分析法 晶體t熱電容加熱賴毛細f之—維溫度分· us狀 LHPG方法生絲意圖。 九、哉使用 -5- 200811494 第五圖為本發明實施例直接加熱生長之雙纖衣晶纖纖心 直徑變化曲線圖。 ^ 第六圖係本發明實施例使用管狀晶體熱輻射加熱生長之 雙纖衣晶纖纖心直徑變化曲線圖·。 5 第七圖為本發明實施例根據實驗結估算有無使用管狀曰 體之直徑變化比例和纖心直徑曲線圖。 阳 本發明之間接加熱之雙纖衣晶體光纖製造方法為： 首先先製備一晶體光纖，將該晶體光纖插入_玻璃毛細 管（Fused silica capillary)中，然後在該玻璃毛細管要加熱 1〇之熔區外圍加入一管狀晶體（sapphire tube)，以雷射加熱在 該管狀晶體上，使管狀晶體逐漸升高溫度而產生熱輻射2熱 该玻璃毛細管，使該玻璃毛細管因高溫而包覆於該晶體光 纖，進而形成矽熔融式（fused-silica)包覆之雙纖衣晶體光 纖。 15 如第一圖所示，在實際生長前先以有限元素分析法 (Finite element method)模擬管狀晶體10令間插入一玻璃毛 細管20和Cr:YAG晶體光纖3〇，在雷射尺加熱之下所形成 二維的溫度分佈情形。在該實驗中該管狀晶體之尺寸為長产 1·5耄米、外徑ι·2毫米、内徑0.48毫米。破璃毛細管的尺 20寸為長度100毫米、外徑〇·32毫米和内徑〇 076毫米。 Cr:YAG晶體光纖之直徑為〇·〇76毫米。因為雷射聚焦後入 射管狀晶體上為一高度0.44毫米之環狀加熱區，其度分 佈為軸對稱。結果如第二圖及第三圖所示，可以發現管二= 體從外部到内部的溫度變化小於ir。因此可以說明其具= -6- 200811494 良好的熱電容效應，對於穩定加熱破璃毛細管使其生長出均 勻直徑的雙纖衣晶纖會有良好的效果。 如第四圖所示，為LHPG法生長晶體方式與裝置，利用 該裝置配合不同拉提子晶與推送晶棒之速度比，可以得到不 同之縮徑比。在本發明之實施例亦利用該裝置，其實際的方 法為： 、 10 15 首先先製備一直徑〇·〇7亳米之摻鉻鋁石榴石 (Cr:YAG)晶體光纖，將該晶體光纖插入一外徑毫 米、内徑0.076毫米之玻璃毛細f (Fused仙以capiiiary) 中，然後再將一長度L5毫米、外獲12毫米和内徑0.48毫 米之管狀藍寶石晶體（sapphire tube)置於雷射焦點中心。 以二，化碳f射加熱在該管狀晶體上，f射加熱於管狀晶體 上之南度_ G.44毫米。而朗毛細管和管狀晶體之間的 間隙為_毫米。使管狀晶體逐漸升高溫度而產生熱輕射 (Jhermal radiation)加熱該玻璃毛細管，使該玻璃毛細管因 南溫而包覆於該晶體光纖，進而形成fusedia包 纖衣晶體光纖。 又 該晶體光纖之材料可以為玻璃歧晶體。而管狀誌 晶體在本發明中之設計_於當作-熱電容器，以釋^ 功:的波動，以產生-較不受雷射功率波動= = 二二再以該高溫熱電容間接加熱玻璃毛細管進 而生長出直㈣勻且纖心直徑小於丨 進 f/;接熱_玻璃毛細管所需的雷射功率^ 熱玻璃毛細管的十倍。 局直接加 20 200811494 比較有無加入管狀晶體生長之雙纖衣晶纖其纖心變化與 雷射功率變化趨勢。如第五圖所示，無使用管狀晶體生長之 雙纖衣晶纖，雷射功率每變化1%則纖心直徑變化為 58.9%。如第六圖所示，使用管狀晶體生長之雙纖衣晶纖: 5雷射功率每變化1%，纖心直徑變化為5.88%。很明顯的， 管狀晶體的熱電容效應可以有效的改善以往纖心直徑會因著 雷射功率變化而隨之變化的情形，其改良效果達十倍^多。 瞻 如第七圖所示，以本發明之方法可以生長出纖心直徑5 ±0.25//m之雙纖衣晶纖。而將雙纖衣晶纖之纖心縮小至5以 Π) m以下有幾項優點。纟-是可以減少光在晶纖裡傳輸的模態 數，降低模態傳輸損耗。其二是同時可以提升Cr:YAG晶纖 自發輻射放大倾之轉換效率。再者是，與_光纖融燒 時，可以減少因為纖心截面積不同所造成的插入損耗 (I— _。齡以上_之優點，&YAG雙纖衣晶纖 15可以開發為高效率、低傳輸損耗和全光網域之自發傭放大 • 光源和光放大器。 -8、 200811494 10 15 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明實施例Cr:YAG晶體光纖使用管狀晶 熱輻射加熱生長之示意圖。 曰 第二圖為本㈣實施例彻有限元素分析法模擬以 晶體當作熱電容加熱麵毛細f之二維溫度分佈圖。 第三圖為本發明實麵_祕元餘·晶时作_容加熱麵毛細管之—維溫度分_。 直徑明實施例直接加熱生長之雙纖衣晶纖纖. 第六_本_實_制管狀晶體熱細加 雙纖衣晶纖纖心直徑變化曲線圖。 .、、、生長 第七圖林㈣實_根據實驗結 體之直徑變化比例和纖心直徑曲_。有-使用邊 管狀 之 晶 【主要元件符號說明】 管狀晶體10坡璃毛細管20

雷射R 晶體光纖3〇 冬

Claims (1)

1. 200811494 、申請專利範圍： 1· 一種間接加熱之雙纖衣晶體光纖製造方法， 製備-晶體光纖，將該晶體光纖插入二· (Fused siUca capillary) t，然後在該玻璃 1毛細管 溶區外圍加人-管狀晶體（sapphiretube)，加熱之 官狀晶體上’使官狀晶體升高溫度而產生熱門心在°亥 玻璃毛細管^該玻璃毛細管因高溫而包覆於“體=該 進而形成魏融式（fused_siliea)包覆之雙纖衣晶體光纖。 10 2.依據申請專利範㈣丨項所述間接加熱之雙纖衣 光纖製造方法，其巾該晶體域之材料可為朗。曰曰 光键專利f圍第1項所述間接加熱之雙纖衣晶體 先義衣仏方法，其中該晶體光纖為一摻鉻鋁石 (CnYAG)晶體光纖。 @ 4.依據申請專利範圍第1項所述間接加熱之雙纖衣晶體 光纖製造方法，其令該管狀晶體為—管狀藍、寶石晶體 15 ( sapphire tube ) 〇 5·依據申请專利範圍第丨項所述間接加熱之雙纖衣晶體 光纖製造方法，其中該雷射為二氧化碳雷射。 6.依據申请專利範圍第1項所述間接加熱之雙纖衣晶體 光纖製造方法，其中雷射聚焦後入射管狀晶體上為一環狀加 20熱區，其溫度分佈為軸對稱。 -10-