單晶光纖生長(zhǎng)技術(shù)研究進(jìn)展

顧 鵬，王鵬剛，官偉明，鄭 麗，譚云強(qiáng)

(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(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)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(zhǎng)出金屬纖維，發(fā)現(xiàn)該纖維的晶體結(jié)構(gòu)完整性及強(qiáng)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(yōu)勢(shì)[2-3]。但由于當(dāng)時(shí)制備技術(shù)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(jì)60年代后期，通信光纖的出現(xiàn)使得單晶光纖的研究進(jìn)入新的階段，科研人員試圖利用各種工藝制備出具有實(shí)用價(jià)值的單晶光纖。由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，使其在各領(lǐng)域都呈現(xiàn)出令人滿意的效果。早期Labelle等[4]利用感應(yīng)加熱技術(shù)并結(jié)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(nèi)。1975年，貝爾實(shí)驗(yàn)室基于改進(jìn)的熔區(qū)法生長(zhǎng)出直徑小于50 μm的Nd∶YAG單晶光纖，同時(shí)該方法可以適用于各種材料的單晶光纖生長(zhǎng)，加快了光纖在各領(lǐng)域的器件化應(yīng)用[5]。近年來(lái)，各類單晶光纖不斷涌現(xiàn)，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(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室(NRL)已可穩(wěn)定生長(zhǎng)出直徑小于17 μm且長(zhǎng)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(bào)道的最細(xì)晶體光纖[6]，標(biāo)志著單晶光纖的發(fā)展進(jìn)入新臺(tái)階，即柔性單晶光纖。

顯然高質(zhì)量單晶光纖的制備離不開快速發(fā)展的晶體生長(zhǎng)技術(shù)以及更為完善的光纖生長(zhǎng)裝置。……