芯包结构调控对组分复合玻璃光纤的影响

通过在组分复合玻璃光纤的纤芯和/或包层中设计微纳结构，形成芯包结构调控的组分复合玻璃光纤。目前对芯包结构调控组分复合玻璃光纤的研究主要集中在锥形结构调控的半导体－玻璃复合光纤上。

直接拉制的半导体－玻璃复合光纤纤芯一般是多晶态，存在大量晶界散射。研究人员通过对半导体－玻璃复合光纤锥形化，使半导体纤芯向单晶转变，实现对半导体－玻璃复合光纤性能的优化［82－83］，如损耗、非线性、色散和光场约束等。

对半导体－玻璃复合光纤加热拉锥时会使半导体纤芯熔融，拉锥冷却后熔融的半导体纤芯重新结晶，晶体质量提高［84］。为了提高加热的均匀性，研究人员将半导体－玻璃复合光纤封装在石英毛细管内，如图4－21a所示，然后对石英毛细管进行加热和拉伸（按箭头方向进行）［85］。拉锥过程中，石英玻璃套管和复合光纤包层软化并融合，而半导体纤芯熔融并随着玻璃包层和毛细管一起拉伸，最后冷却、结晶，得到平滑、连续、逐渐变细的锥形复合光纤，如图4－21b所示。锥区比例可达1∶21∶20，锥形光纤的长度一般约为2 cm，均匀区长度约为1 cm，拉锥后半导体纤芯的结晶度提高［86］。Ren课题组基于半导体Si－玻璃复合光纤，通过拉锥来调控模场特性，设计并制备了非对称锥形结构，通过减少光场与包层的重叠因子，使半导体Si纤芯在红外波段具有极高的非线性［87］；这种非对称锥形结构可用于产生1.65.3μm高亮度和高相干性的超连续光谱，带宽超过两个倍频程。(www.xing528.com)

图4－21　Si半导体－玻璃复合光纤锥形化［85］

（a）Si半导体－玻璃复合光纤示意图；（b）锥形光纤的侧面图；（c）抛光后的Si半导体－玻璃复合光纤端面显微照片（左图纤芯直径为0.6μm，右图纤芯直径为4.8μm）