(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210627662.6 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 江毅　崔洋　姜澜　张雨彤　胡洁　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 邬晓楠 (51)Int.Cl. B23K 26/362(2014.01) B23K 26/402(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 26/082(2014.01) (54)发明名称 一种制作蓝宝石光纤纤芯的飞秒激光刻蚀 方法 (57)摘要 本发明涉及一种制作蓝宝石光纤纤芯的飞 秒激光刻蚀方法， 属于光纤传感领域， 该技术通 过飞秒激光在蓝宝石光纤中心位置沿轴向刻蚀 出一条微米级的改性线使得刻蚀过的位置比其 他部分的折射率略高(～10‑3)， 在未刻蚀部分和 刻蚀部分形成微小折射率差， 满足光纤弱导条 件， 使得入射光信号能够在光纤中稳定传输。 本 发明有效的将传输光束缚在光纤中， 提高了传输 效率， 抑制了传输光发散成高阶模式， 增强了光 纤中基模的能量。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 114952018 A 2022.08.30 CN 114952018 A 1.一种制作蓝宝石光纤纤芯的飞秒激光刻蚀方法， 其特征在于： 在蓝宝石光纤内部通 过飞秒激光刻蚀出一条改性线， 使得改性线与四周其他位置产生微小的折射率差， 从而符 合弱导光纤结构， 将光能量束缚在改性线部分， 提高传输效率。 2.如权利要求1所述的制作蓝宝石光纤纤芯的飞秒激光刻 蚀方法， 其特征在于： 所述飞 秒激光刻蚀技 术的操作步骤如下： (1)采用去离 子水清洗， 将蓝宝石光纤表面的杂质和残留物去除； (2)将光纤水平放置于飞秒激光加工平台， 并调整激光光斑的位置， 使其聚焦于光纤表 面； (3)将光斑聚焦在蓝宝石光纤内部， 聚焦位置在光纤横截面的圆心处， 调整飞秒激光功 率， 设置扫描速度， 使三 维平移台沿光纤轴向进 行移动， 在蓝宝石光纤内部刻 写出一条改性 线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114952018 A 2一种制作蓝宝石光纤 纤芯的飞秒激光刻蚀方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种制作蓝宝石光纤 纤芯的飞秒激光刻蚀方法， 属于光纤传感领域。 背景技术 [0002]高温恶劣环境下物理参数的测量在航空航天， 能源采集， 环境监测， 冶金制造等领 域有着广泛的需求， 尤其是在航空发动机， 重型燃气 轮机， 高超声速飞行器及火箭 发动机等 动力设备， 工作温度接近1700℃。 蓝宝石作为一种耐高温材料， 其熔点在2043℃， 制作 成光 纤之后其正常工作温度能达到1800℃。 但是蓝宝石光纤是一种多模光纤， 其波导形式是以 自身为纤芯， 空气为包层， 很难实现单模或者少模传输， 使用蓝宝石光纤构成光纤干涉型传 感器， 所形成的干涉信号包含模式耦合， 模间干涉等影响， 增加了信号的复杂度， 不利于干 涉信号的解调。 [0003]为了使得蓝宝石光纤所制作的干涉型光纤传感器， 产生质量更高的干涉信号， 更 有助于解调。 弗吉尼亚理工大学的王安波等人， 通过浓硫酸浓磷酸的3:1混合液， 在330℃的 高温下腐蚀了42.5小时， 将芯径为 125 μm的蓝宝石光纤腐蚀到9.6 μm， 以实现准单模传输， 从 而提高了信号质量(Yang,Shuo,et al."Fiber Bragg grating fabricated in micro ‑ single‑crystal sapphire fiber."Op tics letters 43.1(2 018):62‑65.)。 该化学腐蚀的 工艺危险性较高， 并且刻蚀速率较慢， 得到的极细纤芯的蓝宝石光纤非常脆弱， 不利于进 行 传感器的制作。 美国伊利诺伊大学的P. Dr agic等人， 通过在蓝宝石光纤外层加入石英， 使 得外部石英材料作为蓝宝石光纤的包层， 蓝宝石光纤本身作为纤芯， 从而提高光纤的耦合 效率， 降低传输损耗(Dragic,P.,et al. "Sapphire ‑derived all ‑glass optical fibres."Nature Photonics 6.9(2 012):627 ‑633.)。 该方法需要将蓝宝石预制棒与石英套 管结合之后再进行光纤拉制， 对光纤拉制设备和拉制 工艺要求极高。 美 国匹兹堡国家能源 技术实验室S.Ber a等人通过溶胶 ‑凝胶法， 采用铝酸镁尖晶石制备蓝宝石光纤包层(Bera, S.,et al."Fabrication and evaluation of sapphire fiber cladding v ia magnesium aluminate spinel sol ‑gel based approaches."Fiber Optic Sensors and Applications XVI.Vol.11000. International Society for Optics and Photonics, 2019.)。 该方法得到的蓝宝石光纤包层很薄且很难保证均一性。 美国俄亥俄州立大学 B.A.Wilson等人通过离子注入的方式， 将6Li(n, α )3H 注入到蓝宝石光纤中制作出了纤芯 (Wilson,Brandon Augustus,et al."Modeling of the Creation of an Internal Cladding in Sapphire Optical Fiber Using the 6Li(n, α )3H Re action."Journal of Lightwave Technology 36.2 3(2018):5381 ‑5387.)， 该方法工艺复杂， 成功率较低， 所形成 的纤芯不均匀。 以上提高蓝宝石光纤传光效率的方法其工艺 都十分复杂， 对实验设备， 制作 要求都很高， 并且也很难保证一个稳定一 致的结果。 发明内容 [0004]本发明目的是为了解决单晶蓝宝石光纤传输损耗大， 传输光信号模式复杂， 所形说　明　书 1/3 页 3 CN 114952018 A 3