一種摻雜單晶多芯光纖的制備方法及摻雜單晶多芯光纖與流程

本發(fā)明涉及的是一種光纖，特別涉及一種摻雜單晶多芯光纖。本發(fā)明還涉及這種光纖的制造方法。

背景技術(shù)：

單晶光纖也被稱(chēng)為晶體纖維或纖維晶體，它是將晶體材料生長(zhǎng)為纖維狀的單晶體，直徑在幾微米到數(shù)百微米之間，它兼?zhèn)鋲K狀晶體和一般石英光纖的功能。與塊狀晶體相比，單晶光纖具有體積小、集成度高、能與石英光纖相耦合等特點(diǎn)，與一般石英光纖相比具有質(zhì)量高、物理效應(yīng)強(qiáng)、功能全、能更好地與各類(lèi)可見(jiàn)與非可見(jiàn)光波段的激光器相匹配，能用于大功率激光的傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，在光電子學(xué)領(lǐng)域中具有重要的實(shí)用價(jià)值。

普通的純凈單晶體功能有限，為得到所期望的物理性質(zhì)，常需要在晶體中摻入雜質(zhì)元素，例如在非線(xiàn)性光學(xué)鈮酸鋰晶體中摻入mg元素能增強(qiáng)抗激光損傷能力，摻入鈦、氫元素能提高晶體折射率；在半導(dǎo)體硅晶體中摻入一定量的磷，得到n型半導(dǎo)體，摻入一定量的鋁或稼，得到p型半導(dǎo)體；在晶體中摻入鑭系元素能得到熒光特性材料等。

通常的晶體光纖生長(zhǎng)方法有，(1)導(dǎo)模法，涉及到的文獻(xiàn)和報(bào)道有：[1]norioohnishiandtakafumiyao,anovelgrowthtechniqueforsingle-crystalfibers:themicro-czochralski(μ-cz)method,jpn.j.appl.phys.,28(2):l278-l280；1989；[2]dae-hoyoon,ichiroyonenaga,tsuguofukuda,norioohnishi,crystalgrowthofdislocation-freelinbo3singlecrystalsbymicropullingdownmethod,j.cryst.growth,142:339-343,1994；[3]鐘鶴裕,侯印春,杈寧三,陳杏達(dá),王人淑，鈮酸鋰單晶光纖的生長(zhǎng)，硅酸鹽學(xué)報(bào)，19(6):527-531,1991。該類(lèi)生長(zhǎng)方法為熔體從帶有小孔或凸起的模具中引出，饋入籽晶后進(jìn)行定向生長(zhǎng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)生長(zhǎng)較長(zhǎng)及特殊截面的光纖，但受模具材料限制，難以生長(zhǎng)高熔點(diǎn)的晶纖，且難以避免污染問(wèn)題。(2)激光加熱基座法，涉及到的文獻(xiàn)和報(bào)道有：[4]yalinlu,dajania.iyad,andr.j.knize,fabricationandcharacterizationofperiodicallypoledlithiumniobatesinglecrystalfibers,integratedferroelectrics,90:53-62,2007；[5]日本專(zhuān)利productionofsinglecrystalopticalfiber,bibliographicdata:jph0375292(a)―1991-03-29。該方法是利用co2激光加熱形成局部熔區(qū)，饋入籽晶后連續(xù)生長(zhǎng)出單晶纖維。該方法優(yōu)點(diǎn)是，不需要模具和高溫下無(wú)污染，能生長(zhǎng)出高熔點(diǎn)光纖，生長(zhǎng)速率快，但是受到生長(zhǎng)條件的限制，往往只能制成短光纖，且難以控制光纖直徑。(3)直接成型法，涉及到的文獻(xiàn)和報(bào)道有：[6]p.rudolph,t.fukuda,fibercrystalgrowthfromthemelt,crystalresearchandtechnology,34:3–40,1999；[7]j.ballato,t.hawkins,andp.foyetal.siliconopticalfiber.opticsexpress.200816:18675-18683；[8]yi-chunghuang,andjau-shengwangetal.preformfabricationandfiberdrawingof320nmbroadbandcr-dopedfibers,opticsexpress.2007,15:14382-14388。該方法是利用毛細(xì)管效應(yīng)使得熔體一次性結(jié)晶固化成晶體光纖，或是通過(guò)管棒法與拉絲技術(shù)得到晶體芯光纖。然而該類(lèi)制備方法只能制成短光纖，且纖芯難以保證為單晶體。(4)其他生長(zhǎng)方法，如日本專(zhuān)利(fibrousoxideopticalsinglecrystalanditsproduction,bibliographicdata:jph08278419(a)―1996-10-22)給出了一種鈮酸鋰晶體芯光纖的制備方法，該方法是利用外延生長(zhǎng)技術(shù)在單晶光纖表面生長(zhǎng)一層低折射率氧化物單晶包層。在該晶體光纖制備方法中，外延層氧化物熔點(diǎn)必須比單晶光纖熔點(diǎn)低，同時(shí)受外延層熔體、提拉機(jī)構(gòu)等限制，生長(zhǎng)的晶體光纖較短，且外徑尺寸較大。還有，如美國(guó)專(zhuān)利(methodofcladdingsinglecrystalopticalfiber,patentnumber,5077087；claddingsforsinglecrystalopticalfibersanddevicesandmethodsandapparatusformakingsuchcladdings,patentnumber,5037181)描述了一種摻雜鈮酸鋰單晶光纖的制備方法，該方法通過(guò)高溫處理使得涂覆在單晶光纖表層的氧化物涂層擴(kuò)散進(jìn)入到光纖中，起到降低單晶光纖表面層折射率。在該晶體光纖制備方法中，晶體光纖包層中離子呈拋物線(xiàn)分布，其包層折射率分布由外至內(nèi)也會(huì)逐漸遞減，會(huì)導(dǎo)致光纖損耗增加。另外，這種方法可控性差，擴(kuò)散程度不均勻，擴(kuò)散深度不宜控制，產(chǎn)品性能穩(wěn)定性較差。此外，中國(guó)專(zhuān)利(一種微結(jié)構(gòu)包層單晶光纖及制備方法，cn102298170a；一種具有布拉格結(jié)構(gòu)包層單晶光纖及制備方法,cn102253445a)公開(kāi)了一種微結(jié)構(gòu)包層和晶體芯構(gòu)成的單晶光纖制備方法。該方法為，首先制備出空心包層套，將微尺寸單晶體插入到空心包層套中，然后加熱拉伸包層套使纖芯被包層套裹住，制成微結(jié)構(gòu)包層單晶光纖。該光纖制備方法的缺點(diǎn)在于，其一，由于表面靜電吸引作用，很難將長(zhǎng)尺度的微單晶體插入到包層套微孔內(nèi)；其二，石英玻璃軟化溫度點(diǎn)與晶體熔點(diǎn)的大差異，導(dǎo)致在拉伸包層套過(guò)程中出現(xiàn)纖芯熔體揮發(fā)產(chǎn)生不連續(xù)或缺失，以及石英溶解于纖芯熔體中，產(chǎn)生雜質(zhì)污染和阻礙纖芯熔體的結(jié)晶過(guò)程，形成不了單晶體；其三，包層套拉伸溫度梯度遠(yuǎn)高于促使纖芯熔體結(jié)晶形核、長(zhǎng)大形成單晶的溫度梯度力，不符合單晶生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)條件。

綜上所述，前面所涉及到的晶體光纖，或?yàn)闊o(wú)包層結(jié)構(gòu)，或纖芯難以保證為單晶體，而且光纖中通常只含有一個(gè)純凈晶體的纖芯，不涉及離子摻雜，因此所制備的晶體光纖功能受限，無(wú)法滿(mǎn)足進(jìn)一步的光纖傳感、新型纖維集成器件需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)便實(shí)用，制得的光纖石英包層外徑及單晶芯徑可控、結(jié)晶質(zhì)量均勻的摻雜單晶多芯光纖的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種兼?zhèn)鋲K狀晶體和一般石英光纖的功能的摻雜單晶多芯光纖。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖的制備方法為：

步驟一：通過(guò)堆積束法或石英棒打孔法獲得多孔光纖預(yù)制棒，并用氫氧焰對(duì)多孔光纖預(yù)制棒一端進(jìn)行加熱密封，然后配合抽氣、充氣裝置，利用光纖拉絲塔在1900℃以上的溫度將多孔光纖預(yù)制棒拉制成多孔毛細(xì)管；

步驟二：將裝有摻雜多晶粉末的鉑金內(nèi)坩堝嵌套于密封的鎢外坩堝中，一起放置于高溫馬弗爐內(nèi)以稍高于多晶粉末熔點(diǎn)的溫度加熱致內(nèi)坩堝中的摻雜多晶粉末完全熔化處于過(guò)熱狀態(tài)，然后通過(guò)外坩堝密封蓋上一凸起內(nèi)孔向外坩堝內(nèi)部中充入惰性氣體，維持恒定正壓力，多孔毛細(xì)管一端從外坩堝密封蓋上的另一凸起內(nèi)孔插入到內(nèi)坩堝熔體中，多孔毛細(xì)管另一端與外部抽氣裝置相連，使得毛細(xì)管孔內(nèi)形成恒定負(fù)壓，在充氣正壓與抽氣負(fù)壓作用下，熔融液體快速充滿(mǎn)毛細(xì)管的多孔中，降溫消除光纖內(nèi)應(yīng)力，熔體固化變成多晶，得到摻雜多晶多芯光纖；

步驟三：將制備的摻雜多晶多芯光纖放置于帶有旋轉(zhuǎn)夾具的水平光纖拉錐機(jī)上，光纖在橫向旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，微加熱裝置沿導(dǎo)軌從一端向另一端移動(dòng)加熱光纖，微加熱裝置中心溫高于纖芯多晶體熔點(diǎn)但低于石英軟化點(diǎn)溫度，此時(shí)摻雜多晶多芯光纖中的纖芯被加熱成熔體，外部包層保持石英玻璃固態(tài)，在微尺寸毛細(xì)管內(nèi)孔及溫度梯度動(dòng)力作用下纖芯熔體結(jié)晶形核、長(zhǎng)大生成單晶體，制成摻雜單晶多芯光纖；

步驟四：當(dāng)夾具兩端之間的光纖纖芯完成單晶化后，移動(dòng)未單晶化的光纖部分至旋轉(zhuǎn)夾具兩端，重復(fù)步驟一至三的過(guò)程，整根摻雜多晶多芯光纖中的纖芯都實(shí)現(xiàn)單晶化。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖的制造方法還可以包括：

1、獲得多孔光纖預(yù)制棒的方法是：先選取石英毛細(xì)棒，用堆積技術(shù)形成堆積束，將堆積束中兩個(gè)及以上位置上的石英毛細(xì)棒替換為相同材質(zhì)的石英毛細(xì)管，然后將堆積束裝入薄壁石英玻璃管中，構(gòu)成復(fù)合式多孔光纖預(yù)制棒，并用氫氧焰對(duì)多孔光纖預(yù)制棒一端進(jìn)行加熱密封。

2、獲得多孔光纖預(yù)制棒的方法是：在一段實(shí)心石英棒上打兩個(gè)及以上通孔，然后在石英棒一端焊接上同等外徑尺寸的薄壁石英管，構(gòu)成焊接式多孔光纖預(yù)制棒，并用氫氧焰對(duì)多孔光纖預(yù)制棒另一端進(jìn)行加熱密封。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖是：石英包層內(nèi)含有兩個(gè)晶體纖芯，兩個(gè)晶體纖芯位置成非對(duì)稱(chēng)或?qū)ΨQ(chēng)分布。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖是：石英包層內(nèi)同時(shí)含有三個(gè)晶體纖芯，三個(gè)晶體纖芯位置成等腰三角形或一字形分布。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖是：石英包層內(nèi)同時(shí)含有四個(gè)晶體纖芯，四個(gè)晶體纖芯位置成長(zhǎng)方形分布。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖是：石英包層內(nèi)同時(shí)含有五個(gè)晶體纖芯，五個(gè)晶體纖芯位置成對(duì)稱(chēng)分布。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖，根據(jù)纖芯材質(zhì)以及摻雜離子不同，還可以實(shí)現(xiàn)不同單晶纖芯和不同離子摻雜的多芯光纖。

本發(fā)明的摻雜單晶多芯光纖為同一石英包層內(nèi)含有兩個(gè)及以上的摻雜單晶纖芯，且纖芯晶體熔點(diǎn)低于石英包層軟化點(diǎn)。

本發(fā)明提供了一種兼?zhèn)鋲K狀晶體和一般石英光纖的功能，把塊狀摻雜晶體所具有的優(yōu)良物理、光學(xué)特性與光纖的導(dǎo)光性與幾何形狀有機(jī)結(jié)合在一起，可應(yīng)用于光纖傳感、新型纖維集成器件的摻雜單晶多芯光纖。本發(fā)明還提供了一種制備工藝簡(jiǎn)便實(shí)用，制得的光纖石英包層外徑及單晶芯徑可控、結(jié)晶質(zhì)量均勻的摻雜單晶多芯光纖的制造方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：

1、制作的摻雜單晶多芯光纖兼?zhèn)鋲K狀晶體和一般石英光纖的功能，把塊狀摻雜晶體所具有的優(yōu)良物理、光學(xué)特性與光纖的導(dǎo)光性及幾何形狀有機(jī)結(jié)合在一起，可以制成多種功能的光纖光學(xué)器件，在新型光纖傳感和光纖通信領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

2、制作的摻雜單晶多芯光纖石英包層內(nèi)同時(shí)含有多個(gè)晶體纖芯，可以靈活的實(shí)現(xiàn)多種纖芯排列的摻雜單晶光纖，制備工藝簡(jiǎn)便實(shí)用。

3、在摻雜單晶多芯光纖制備過(guò)程中，首先制備多孔毛細(xì)管，然后利用高壓技術(shù)將熔體填充到多孔中，最后利用加熱后處理方式實(shí)現(xiàn)纖芯單晶化?；谶@種工藝過(guò)程，可以方便實(shí)現(xiàn)不同單晶纖芯材質(zhì)和摻雜的多芯光纖的制備，晶體缺陷少，生長(zhǎng)的單晶芯光纖較長(zhǎng)。

上述光纖制造技術(shù)的發(fā)明，拓寬了摻雜單晶多芯光纖的種類(lèi)，特別對(duì)具有摻雜的單晶多芯光纖的制備方法而言，制作工藝簡(jiǎn)單，低廉的成本將有助于把它推向市場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例一所示的非對(duì)稱(chēng)形雙芯摻雜單晶光纖截面示意圖；

圖2至圖3為實(shí)施例一所示的兩種非對(duì)稱(chēng)形雙孔光纖預(yù)制棒截面示意圖；

圖4為實(shí)施例一所示的非對(duì)稱(chēng)形雙孔毛細(xì)管截面示意圖；

圖5為實(shí)施例一所示的非對(duì)稱(chēng)形雙芯摻雜多晶體光纖制備示意圖；

圖6為圖5中所示的雙坩堝局部放大圖；

圖7(a)為圖6中所示的外坩堝的密封蓋主視圖，圖7(b)為圖6中所示的外坩堝的密封蓋俯視圖；

圖8為圖6中所示的外坩堝的密封墊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9(a)為圖6中所示的外坩堝上的密封螺帽主視圖，圖9(b)為圖6中所示的外坩堝上的密封螺帽俯視圖；

圖10為實(shí)施例一所示的非對(duì)稱(chēng)形雙芯摻雜多晶體光纖中纖芯單晶化的工藝示意圖；

圖11為圖10中所示的沿光纖軸向方向上的被加熱光纖芯內(nèi)的溫度場(chǎng)分布示意圖；

圖12(a)至與12(e)為其它的摻雜單晶多芯光纖截面示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

說(shuō)明書(shū)附圖上各附圖標(biāo)記的含義為：1-摻雜單晶纖芯；2-石英包層；3-石英玻璃毛細(xì)棒；4-石英玻璃毛細(xì)管；5-薄壁石英管；6-石英玻璃填充棒；7-石英棒；8-通孔；9-毛細(xì)孔；10-石英包層；11-高純氬氣瓶；12-壓力顯示表；13-橡皮管；14-爐子加熱元件；15-鎢管；16-加熱爐；17-多孔毛細(xì)管；18-橡皮管；19-真空泵；20-氧化鋁纖維墊；21-鎢坩堝；22-鉑金坩堝；23-熔體；24-氧化鋯保溫砂；25-外螺紋；26-內(nèi)孔；27-外螺紋；28-圓錐形孔；29-內(nèi)螺紋；30-內(nèi)孔；31-密封帽小孔；32-內(nèi)螺紋；33-光纖旋轉(zhuǎn)夾具；34-微電加熱爐；35-摻雜多晶體多芯光纖；36-導(dǎo)軌；37-單晶芯；38-石英包層；39-纖芯熔區(qū)；40-多晶芯；41-多晶芯與熔區(qū)的固液界面；42-單晶芯與熔區(qū)的固液界面；i-復(fù)合式非對(duì)稱(chēng)形雙孔光纖預(yù)制棒；ⅱ-焊接式非對(duì)稱(chēng)形雙孔光纖預(yù)制棒；ⅲ-非對(duì)稱(chēng)形雙孔毛細(xì)管；ⅳ-雙坩堝；ⅴ-外坩堝密封蓋；ⅵ-外坩堝密封墊；ⅶ-外坩堝上的密封螺帽；v-微加熱爐橫向移動(dòng)速度；t1-單晶區(qū)溫度；t2-熔區(qū)溫度；t3-多晶區(qū)溫度。

實(shí)施例一

圖1是本發(fā)明的第一種鎂離子摻雜鈮酸鋰單晶雙芯光纖的橫截面示意圖，纖芯1為鎂離子摻雜鈮酸鋰單晶，纖芯位置呈非對(duì)稱(chēng)分布，包層2為石英，纖芯1的折射率大于包層2的折射率。

在本發(fā)明的制造過(guò)程中用到了內(nèi)、外雙坩堝。結(jié)合圖6，外坩堝21采用鎢材質(zhì)，上面帶有鎢材質(zhì)密封蓋ⅴ，二者之間填充耐高溫(1800℃)的氧化鋁纖維密封墊ⅵ，外坩堝密封蓋ⅴ上含有一密封螺帽ⅶ，多孔毛細(xì)管17穿過(guò)密封螺帽ⅶ上的小孔31和坩堝密封蓋ⅴ上的圓錐形孔28后，插入到內(nèi)坩堝的熔體23中，多孔毛細(xì)管與圓錐形孔之間的空隙采用氧化鋁纖維墊20進(jìn)行密封。內(nèi)坩堝22采用鉑金材質(zhì)，里面盛裝摻雜多晶粉，內(nèi)、外坩堝之間的縫隙填充有氧化鋯保溫砂24，起到保溫和固定內(nèi)坩堝22作用；結(jié)合圖7，坩堝密封蓋ⅴ含有兩凸起的內(nèi)孔，其中一凸起內(nèi)孔帶外螺紋25和微小內(nèi)孔26，高純惰性氣體從孔26中注入到外坩堝21內(nèi)部，另一凸起內(nèi)孔帶外螺紋27和圓錐形內(nèi)孔28，圓錐形內(nèi)孔28填充有氧化鋁纖維密封墊20，坩堝密封蓋ⅴ帶有內(nèi)螺紋29，它與坩堝21上的外螺紋配合密封連接；結(jié)合圖8，氧化鋁纖維密封墊ⅵ上帶有兩圓形孔30，其中一圓孔與密封蓋ⅴ上的小孔26相通，另一圓孔與密封蓋ⅴ上的圓錐形孔28相通；結(jié)合圖9，密封螺帽ⅶ帶有一小孔31，光纖17穿過(guò)此孔，螺帽內(nèi)表面帶有內(nèi)螺紋32，它與外坩堝密封蓋ⅴ上凸起內(nèi)孔的外螺紋27配合密封連接。

結(jié)合圖2至圖5、圖10和圖11，實(shí)施例一所示的鎂離子摻雜鈮酸鋰單晶雙芯光纖的制備方法包含以下步驟：

1)選取長(zhǎng)度為700mm外徑為1mm的石英玻璃毛細(xì)棒3，密排六方堆積形成堆積束，將堆積束中的中心位置和一個(gè)非中心位置上的石英毛細(xì)棒替換為同等長(zhǎng)度、內(nèi)外徑尺寸的石英毛細(xì)管4，然后將堆積束裝入一根內(nèi)外徑為長(zhǎng)750mm的石英玻璃管5中，堆積束一側(cè)端頭露出石英玻璃管5的端面，堆積束與石英玻璃管5之間的空隙填充直徑的石英毛細(xì)棒6，形成了復(fù)合式多孔光纖預(yù)制棒ⅰ，如圖2所示；用氫氧焰對(duì)多孔光纖預(yù)制棒一端進(jìn)行加熱密封，另一露出有堆積束的端頭安裝有抽氣和充氣裝置，對(duì)毛細(xì)棒、毛細(xì)管和外層石英套管之間的空隙進(jìn)行抽氣，真空度維持在0.3×10⁵pa以上；對(duì)毛細(xì)管內(nèi)部進(jìn)行充氣，使毛細(xì)管內(nèi)部壓力維持在～1000pa；在拉絲塔上以1900℃以上的溫度將多孔光纖預(yù)制棒拉制成外徑的雙孔毛細(xì)管ⅲ，如圖4所示，雙孔毛細(xì)管包含兩個(gè)的非對(duì)稱(chēng)形微孔9，以及石英包層10。

2)將摻雜有微量氧化鎂的同成分鈮酸鋰多晶粉(li/nb＝48.6:51.4)放置于鉑金坩堝22中，然后嵌套于鎢坩堝21內(nèi)，一起放入高溫馬弗爐16中，放置于馬弗爐內(nèi)的雙孔毛細(xì)管17一端穿過(guò)坩堝密封蓋ⅴ上的圓錐形孔28后插入到鈮酸鋰多晶粉內(nèi)，毛細(xì)管另一端穿過(guò)馬弗爐后通過(guò)軟管18與外部抽氣裝置19相連，帶有內(nèi)螺紋的鎢管15一端與坩堝密封蓋ⅴ上的外螺紋25相連，鎢管15另一端穿過(guò)馬弗爐后通過(guò)軟管13與外部高純高壓氬氣瓶11相連接；將馬弗爐升溫到稍高于鈮酸鋰晶體熔點(diǎn)1250℃，但低于石英軟化溫度，使得坩堝中的摻雜多晶粉體完全熔化處于過(guò)熱熔融狀態(tài)，此時(shí)多孔毛細(xì)管仍保持石英玻璃固態(tài)，其一端沒(méi)入到內(nèi)坩堝的熔體23中；通過(guò)高純氬氣瓶11、壓力顯示表12、軟管13和鎢管15，向外坩21內(nèi)部充入氣體，維持恒定正壓力0.2×10⁶mpa以上；通過(guò)真空泵19和軟管18，對(duì)多孔毛細(xì)管孔17內(nèi)部抽氣，形成恒定負(fù)壓0.5×10⁵mpa以上，在充氣正壓與抽氣負(fù)壓作用下，熔融液體23快速充滿(mǎn)毛細(xì)管內(nèi)的多孔中，維持正壓和負(fù)壓值不變，以程序控制降溫方式降至室溫，消除光纖內(nèi)應(yīng)力，纖芯熔體固化變成了多晶，形成摻鎂鈮酸鋰多晶體雙芯光纖35；

3)將摻雜多晶體雙芯光纖35放置于有旋轉(zhuǎn)夾具33的水平光纖拉錐機(jī)上，如圖10所示，光纖以～10r/min的速度旋轉(zhuǎn)，微電加熱爐34在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下，沿導(dǎo)軌從一端向另一端以v＝30～50mm/h速度緩慢移動(dòng)加熱光纖；微加熱裝置中心溫稍高于鈮酸鋰?yán)w芯多晶體熔點(diǎn)1250℃，但低于石英軟化點(diǎn)溫度1730℃。以其中一個(gè)纖芯為例，如圖11所示，摻雜多晶體雙芯光纖中的纖芯被加熱成熔區(qū)39，兩側(cè)各有一個(gè)固液界面41和42，而外部包層38仍保持石英玻璃固態(tài)；在加熱的纖芯區(qū)，熔區(qū)39與單晶體37之間的固液界面42的溫度梯度為(t2-t1)，該區(qū)域內(nèi)，在微尺寸毛細(xì)管內(nèi)孔及溫度梯度動(dòng)力作用下，纖芯熔體結(jié)晶形核、長(zhǎng)大生成單晶體37，完成了纖芯的單晶化過(guò)程；另一固液界面41為微加熱爐向前移動(dòng)時(shí)熔區(qū)39與多晶體40之間的界面，該區(qū)域的溫度梯度為(t1-t3)，這里t2＞t1＝t3；當(dāng)夾具33兩端之間的光纖纖芯完成了單晶化后，移動(dòng)未單晶化的光纖部分至旋轉(zhuǎn)夾具兩端，多次重復(fù)上述過(guò)程，這樣整根摻雜多晶體雙芯光纖中的纖芯都實(shí)現(xiàn)了單晶化。

實(shí)施例二

結(jié)合圖3和圖4，本發(fā)明的另外一種鎂離子摻雜鈮酸鋰單晶雙芯光纖的制備方法為，在一段直徑長(zhǎng)度70mm的實(shí)心石英棒ⅱ上打兩個(gè)直徑的孔8，然后在石英棒一端焊接上同等外徑尺寸的薄壁石英管，用氫氧焰對(duì)多孔石英棒另一端進(jìn)行加熱密封，構(gòu)成了焊接式雙孔光纖預(yù)制棒，在石英管一端安裝充氣裝置，對(duì)孔8內(nèi)部進(jìn)行充氣，維持正壓力在～1000pa；在拉絲塔上以1900℃以上的溫度將雙孔光纖預(yù)制棒拉制成外徑的雙孔毛細(xì)管ⅲ，雙孔毛細(xì)管包含兩個(gè)的非對(duì)稱(chēng)微孔9，以及石英包層10。其余工藝過(guò)程與實(shí)施例一相同。

根據(jù)本發(fā)明所闡述的摻雜單晶多芯光纖的制備方法，還可以實(shí)現(xiàn)纖芯不同排列結(jié)構(gòu)的單晶多芯光纖。例如：根據(jù)摻雜單晶雙芯光纖在包層圓形截面上的位置不同可以構(gòu)成非對(duì)稱(chēng)形雙芯光纖(如圖1所示)，對(duì)稱(chēng)形雙芯光纖(如圖12(a)所示)或者是其它任意角度位置關(guān)系的雙芯光纖。相同的工藝方法可以制備出其它種類(lèi)的摻雜單晶多芯光纖，如等腰三角形三芯光纖(如圖12(b)所示)，一字形三芯光纖(如圖12(c)所示)，長(zhǎng)方形四芯光纖(如圖12(d)所示)，對(duì)稱(chēng)形五芯光纖(如圖12(e)所示)等。

根據(jù)本發(fā)明所闡述的摻雜單晶多芯光纖的制備方法，根據(jù)纖芯材質(zhì)以及摻雜離子不同，還可以實(shí)現(xiàn)不同單晶纖芯和摻雜的多芯光纖。例如：具有非線(xiàn)性效應(yīng)的摻鎂鉭酸鋰單晶多芯光纖(摻入物質(zhì)為氧化鎂，制備過(guò)程中，馬弗爐和光纖拉錐機(jī)上電加熱爐溫度稍高于鉭酸鋰單晶熔點(diǎn)，但低于石英軟化溫度)；摻磷或鋁的半導(dǎo)體硅單晶多芯光纖(摻入物質(zhì)為磷或鋁單質(zhì)，制備過(guò)程中，馬弗爐和光纖拉錐機(jī)上電加熱爐溫度稍高于硅單晶熔點(diǎn)，但低于石英軟化溫度)；具有激光特性的摻釤氟化鈣單晶多芯光纖等(摻入物質(zhì)為三氟化釤，制備過(guò)程中，馬弗爐和光纖拉錐機(jī)上電加熱爐溫度稍高于氟化鈣單晶熔點(diǎn)，但低于石英軟化溫度)。