單晶光纖生長技術研究進展

顧 鵬，王鵬剛，官偉明，鄭 麗，譚云強

(眉山博雅新材料股份有限公司，眉山 620000)

0 引 言

單晶光纖(single crystal fiber)由于兼具單晶塊體和玻璃光纖各自優勢，受到越來越多研究者的關注。1917年，Czochralski首次從熔體中拉出直徑為200 μm的金屬光纖并至此開啟了單晶光纖研制工作[1]。1922年von Gomperz通過漂浮在熔體表面的云母盤中的開孔生長出金屬纖維，發現該纖維的晶體結構完整性及強度很高，此外還具備抗電磁干擾、傳光性好、體積小以及重量輕等優勢[2-3]。但由于當時制備技術尚未成熟，難以獲得直徑均勻且形貌可控的單晶光纖，因此研究熱潮逐漸減低。直到20世紀60年代后期，通信光纖的出現使得單晶光纖的研究進入新的階段，科研人員試圖利用各種工藝制備出具有實用價值的單晶光纖。由于其獨特的優勢，使其在各領域都呈現出令人滿意的效果。早期Labelle等[4]利用感應加熱技術并結合晶體提拉裝置成功獲取Al2O3光纖且直徑在0.2～0.5 mm范圍內。1975年，貝爾實驗室基于改進的熔區法生長出直徑小于50 μm的Nd∶YAG單晶光纖，同時該方法可以適用于各種材料的單晶光纖生長，加快了光纖在各領域的器件化應用[5]。近年來，各類單晶光纖不斷涌現，其中就包括激光單晶光纖(如Nd∶YAG、Yb∶YAG、Ho∶YAG等)、閃爍單晶光纖(如Ce∶LuAG、Ce∶YAG、Ce∶LYSO等)以及金屬光纖等。目前美國海軍實驗室(NRL)已可穩定生長出直徑小于17 μm且長度大于2 m的摻雜YAG單晶光纖，且其傳輸損耗低至0.011 dB/cm，這也是已知所報道的最細晶體光纖[6]，標志著單晶光纖的發展進入新臺階，即柔性單晶光纖。

顯然高質量單晶光纖的制備離不開快速發展的晶體生長技術以及更為完善的光纖生長裝置。……