CN106575012A - 空芯光纤 - Google Patents

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Abstract

一种反谐振空芯纤维，包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，第一管状包层元件界定了内部包层表面，多个第二管状元件附接至该包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，该第二管状元件被间隔布置，且该第二管状元件相邻之间具有间隔，及该多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中。

Description

空芯光纤
本发明涉及空芯光纤，特别是反谐振纤维，尤其是超低损耗纤维、宽带宽纤维、单模空芯纤维和高双折射(Hi-Bi)纤维。
空芯光纤已经被研究和发展了近八十年。理论上，这些纤维通过在空气而不是在固体材料中引导光线，能实现超低传播损耗和非线性，亦能提供比全固纤维中高得多的传播速度(即，缩短的延迟)和激光损伤阈值。然而，在实践中，还不能将损耗减少到与全玻璃纤维能实现的～0.15分贝/千米相当的水平，这已经妨碍了空芯技术的广泛应用。
有两种主要类型的单材料空芯纤维，它们建立在光子带隙引导(光子带隙纤维—PBGF)基础上，或者建立在反谐振引导(反谐振纤维—ARF，比如戈薇纤维、“负曲率”纤维、简化的反谐振纤维和六角形纤维)基础上。
光子带隙纤维(PBGF)提供最低的损耗(在1.62微米波长时衰减低至1.2分贝/千米—2005年第13期的《光学快递》第236页至第244页的Roberts等人所著的《空芯光子水晶纤维的超低损耗》)，但在窄带宽的范围内(中央波长的10-30％)，尽管反谐振纤维(ARF)提供了是光子带隙纤维(PBGF)2至10倍的带宽放大系数，但会有更高的直接损耗和更显著的弯曲敏感性。
在光子带隙纤维中，通过来自包层内的有序且适当尺寸的棒的阵列的反谐振实现引导。由于径向上棒的数量可按意愿地增加，泄漏或限制损耗可以达到任意地小。然而，棒需要通过细玻璃支柱互连，而细玻璃支柱在最佳的反谐振下无法运作。
因此，玻璃边界不能有效排斥电磁场，玻璃边界是固有地粗糙(至少在原子/分子级别)，这会产生表面散射，而表面散射是光子带隙纤维中损耗的主要根源。
相比之下，在反谐振纤维中，反谐振来自统一尺寸的玻璃支柱，这些玻璃支柱环绕限制空气中的光线的芯。由于支柱能有效地排斥光线，在反谐振纤维中，通常散射损耗可以忽略不计。然而，已经设计出来的排列无一能允许多层相关地反射趋于从芯中泄漏出来的光线。因此，在反谐振纤维中，主要是泄漏损耗。关于反谐振纤维的另一点是，形成在玻璃支柱之间交接处的节点的存在，尤其是这些节点具有不同和多种厚度，并在反谐振区域内引入杂散及光谱稠密的谐振，由此增加了损耗。
纤维已经发展到通过形成芯来解决这个问题，该芯被“负曲率”环绕，以使得节点被更远地推离空气引导模。
此外，还开发了一种纤维，能通过产生不接触管的栅格来完全去除不想要的节点(2013年第21卷《光学快递》，第9514页到第9519页，Kolyadin等人所著)。这种纤维的无节点管栅格包括硅环，硅环包括在包层表面处的八个反谐振元件，每个元件是不接触的关系，就制造的反谐振纤维而言，代表了当前最先进的技术，显示出光谱范围从2.5微米至5微米之间的传输波段，最小损耗水平是4至5分贝/米，分别地，光谱波段在5.8微米时平均损耗是30分贝/米，光谱波段在7.7微米时平均损耗是50分贝/米。
然而，在这种纤维中，限制损耗仍然比散射损耗高出很多。其原因在于，光限制是由仅仅一个玻璃支柱有效地产生，该玻璃支柱经由玻璃-空气边界处的两个菲涅尔反射方位角取向。
更近期的，出现了一种有节点的反谐振纤维(2014年第39卷《光学快报》第1853页至第1856页，Belardi等人所著)，这种反谐振纤维包括硅环，硅环包括在包层表面处的八个一级反谐振元件，每个元件是接触的关系，且在每个一级反谐振元件内嵌套入至少另一反谐振元件。
本发明旨在提供一种改进的纤维结构，特别是一种创新的纤维结构，能提供相当于或低于光子带隙纤维的衰减损耗且带宽与反谐振纤维一样宽。
一方面，本发明提供了一种反谐振空芯纤维，该反谐振空芯纤维包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，第一管状包层元件界定了内部包层表面，该多个第二管状元件附接至该包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，该第二管状元件被间隔布置，且相邻的该第二管状元件之间具有间隔，及该多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中。
在一个实施例中，该第二管状元件在包层表面处被布置成对称关系。
在一个实施例中，该第一管状元件的截面是圆形。
在一个实施例中，该第二管状元件的截面是圆形。
在另一个实施例中，该第二管状元件径向上的尺寸比切向上的尺寸长，可选地，截面是椭圆形或卵形。
在一个实施例中，一个或多个管状元件具有不同的截面形状。
在一个实施例中，管状元件由玻璃制成，可选地，由硅制成。
在一个实施例中，管状元件由玻璃制成，玻璃的折射率至少是约1.4，可选地，约1.4至约3，可选地，约1.4至约2.8。
在一个实施例中，该第二管状元件的每个仅在该包层表面的单一位置处附接至该第一管状元件。
在一个实施例中，该第三管状元件分别在该第二管状元件附接至该包层表面的位置处附接至相应的第二管状元件。
在一个实施例中，相邻的第二管状元件的间隔和该第二管状元件的壁厚之比大于约0.5，可选地，大于约0.8，可选地，大于约1，及可选地，大于约2。
在一个实施例中，相邻的第二管状元件的间隔和该第二管状元件的壁厚之比小于约12，可选地，小于约10，可选地，小于约8，及可选地，小于约6。
在一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件具有大致相同的壁厚。
在一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯的半径之比在约0.3至约1.0之间，可选地，在约0.35至约0.95之间。
在另一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯的半径之比在约0.05至约0.4之间，可选地，在约0.1至约0.3之间，可选地，在约0.2至约0.3之间。
在又一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯半径之比在约0.8至约1.2之间，可选地，在约0.9至约1.2之间，可选地，在约1.0至约1.2之间。
在一个实施例中，纤维在波长在约1.0微米和约2.5微米之间时，基本损耗小于0.15分贝/千米。
在另一个实施例中，纤维在波长高达约2.7微米时，基本损耗约为1分贝/千米。
在又一个实施例中，纤维在波长高达约5微米时，基本损耗小于1分贝/米。
在又一个实施例中，纤维在波长高达约7微米时，基本损耗小于4分贝/米。
在又一个实施例中，纤维在波长降至约0.8微米时，基本损耗小于约1分贝/千米。
在一个实施例中，具有管状元件的材料的纤维所引导的光功率部分小于约1x10-3，可选地，小于约1x10-4。
在一个实施例中，该芯半径可选地小于约50微米，可选地小于约40微米，可选地小于30微米，可选地小于约25微米，可选地小于约20微米，可选地小于约15微米，可选地小于约13微米。
在一个实施例中，该纤维包括六个嵌套布置的管状元件。
在另一个实施例中，该纤维包括三个、四个或者五个嵌套布置的管状元件。
在一个实施例中，该纤维显示出有效的单模。
在一个实施例中，基模和最低损耗高阶模之间的差别至少是一个数量级，可选地，至少两个数量级。
在一个实施例中，管状元件的嵌套布置支持具有有效折射率(neff)的模，该有效折射率(neff)较之芯中的高阶模具有小于约0.001的有效模的差别(△neff)。
在一个实施例中，该纤维在任何给定波长下，都允许选择任何模场直径(MFD)。
本发明亦延伸至将上述的纤维与实芯纤维组合，可选地，直接接合，其中，空芯纤维具有与实芯纤维相匹配的模场直径。
在一个实施例中，实芯纤维是来自光纤激光器的纤维，可选地，来自掺镱的光纤激光器。
在一个实施例中，当该纤维是直的和该纤维卷成直径10mm时的基本损耗的差别小于两个数量级，可选地，小于一个数量级，可选地，小于半个数量级。
在一个实施例中，纤维还包括多个第四管状元件，每个第四管状元件分别嵌套在对应的第三管状元件中。
在一个实施例中，该第二管状元件、第三管状元件和第四管状元件具有大致相同的壁厚。
本发明还延伸至上述纤维在有效单模中的应用。
本发明还延伸至上述纤维在任何给定波长下，具有任何选定的模场直径的应用。
本发明还延伸至上述纤维在减小基本损耗的模中的应用。
使用本发明，能预计总传播损耗(即，包括散射、限制、弯曲和材料吸收损耗)甚至会低于常规的电信纤维，低至0.05分贝/千米。此低损耗，与低非线性和宽操作带宽(再次强调，比现有的固体纤维宽)组合，能提供理想的高容量数据传输媒介。
本发明还旨在提供一种高双折射(Hi-Bi)空芯反谐振纤维，这种纤维或者是偏振保持(PM)纤维，即，保持源信号的输入偏振，或者是偏振(P)纤维，即，将偏振引至源信号，例如，从不偏振输入产生线性偏振光线。
高双折射(Hi-Bi)纤维广泛应用于光学通信系统、传感和干涉设备中，这些场合保存源偏振是必要的。在固体芯偏振保持(PM)纤维中，高双折射效果通过以下途径实现：将应力或各向异性，通过椭圆芯，施加到纤维1但纤维的非线性和/或纤维对外部扰动的灵敏度，比如温度，会限制制造设备的性能(1986年第4卷《光波技术》第1071页到第1089页，Noda等人所著的《偏振保持纤维及其应用》)。由于其独特的低非线性和对热环境变化的高灵敏度，空芯(HC)纤维能作为替换物用在高精度传感器中，例如，用在气体光谱学或用在光纤陀螺(FOG)中(2012年第30卷《光波技术》第931页到第937页，M A Terrell等人所著的《使用空气芯纤维的光纤陀螺》)。然而，具有偏振保持特性的高性能、低损耗的空芯纤维并不容易获得。基于光子带隙(PBG)引导的偏振保持空芯纤维，近期已经出现(2014年第5卷《自然通讯》第5085页，J M Fini等人所著的《偏振保持单模低损耗空芯纤维》)。在这些纤维中，具有不同的引导机构，偏振保持特性通常通过开发芯-包层模的反交叉实现，而不是固芯纤维的常规方法。然而，这些纤维表现出相当高的传播损耗及它们的运行对于外部扰动非常敏感。
本发明人已经意识到，嵌套的反谐振无节点设计，相较于光子带隙纤维而言，能允许更多的结构参数控制，并能第一次基于反谐振引导，为空芯纤维提供改进的偏振保持特性及偏振特性。
在一个实施例中，至少一个嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚t1不同于至少另一个嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚t2，由此，纤维是相位双折射的，且偏振保持和/或偏振的。
在一个实施例中，至少一个嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t1和至少另一个嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t2的关系是，0.5t2＜t1＜t2或者1.5t2＞t1＞t2，可选地，0.4t2＜t1＜t2或者1.4t2＞t1＞t2，可选地，0.3t2＜t1＜t2或者1.3t2＞t1＞t2。
在一个实施例中，至少一个嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t1和至少另一个嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t2的关系是，t1＜0.9t2或者t1＞1.1t2。
在一个实施例中，第一嵌套管状布置和第二嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚不同于至少另一个嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚。
在一个实施例中，该第一管状布置和第二管状布置被排列成大致相对的关系，可选地，径向关系。
在一个实施例中，纤维包括两个、三个、四个、五个、六个、七个或八个嵌套管状布置。
在一个实施例中，纤维包括四个嵌套管状布置，其中，第一对嵌套管状布置被布置在第一大致相同的方向上，第二对嵌套管状布置被布置在第二大致相同的方向上，第二大致相同的方向大体垂直于第一大致相同的方向。
在一个实施例中，纤维的芯的有效半径至多是源的波长λ的约15倍，可选地，至多是约7倍，可选地，至多是约5倍，可选地，波长λ是约0.5、0.8、1.06、1.55或2微米。
在一个实施例中，至少其他该嵌套管状布置的一个内层管状元件，可选地，最内层的管状元件，的截面尺寸和/或形状不同于该至少一个嵌套管状布置的对应的一个管状元件的截面尺寸和/或形状，由此，该至少其他嵌套管状布置的该一个内层管状元件和相邻管状元件之间的间隔Z1不同于该至少一个嵌套管状布置的对应的一个管状元件和相邻管状元件之间的间隔Z2。
在一个实施例中，至少其他嵌套管状布置的该一个内层管状元件具有不同的截面尺寸。
在一个实施例中，至少另一个嵌套管状布置的间隔Z1和至少一个嵌套管状布置的间隔Z2的关系是，Z1＞1.2Z2，可选地，Z1＞1.5Z2，可选地，Z1＞2Z2，可选地，Z1＞2.5Z2。
在一个实施例中，纤维显示的相位双折射至少是1x10-4。
在一个实施例中，纤维显示的损耗是至多约0.1分贝/米，可选地，至多约0.01分贝/米。
在一个实施例中，纤维显示的基模的垂直偏振之间的损耗比至少为约100，可选地，至少约200，可选地，至少约500，可选地，至少约1000。
本发明还延伸至，上述纤维作为偏振保持纤维的应用，可选地，保持源信号的输入偏振。
本发明还延伸至，上述纤维作为偏振纤维的应用，可选地，将偏振引入源信号，可选地，从不偏振输入产生线性偏振光线。
本发明有诸多适用领域，包括：
光学数据通信
本发明的纤维应该可以在传播损耗低于0.15分贝/千米的情况下引导光线，这呈现出现有的电信纤维的基本物理限制，且有更宽广的可用带宽。不同于现有所有其他的空芯纤维，本发明的纤维还能以有效的单模行为运行，而这一点在为了传输数据时避免模间畸变是令人满意的。通过将超低损耗与通常比玻璃引导纤维低三个数量级的非线性组合，本发明相比现有的纤维，能在传输容量方面有显著提高。
低延迟传输
在空气中引导光线能提供比在标准纤维中引导光线高30％的传输速度，这个特征特别适用于需要低延迟的算法交易公司。
低延迟还可以适用在数据中心/超级计算机应用中，其中，成百上千的千米级的光缆被用于成千上万的服务器的互连。本发明的在任何给定波长下都能显示超低损耗的能力，能使这些超低延迟纤维在波长为～0.8微米下运行，～0.8微米的波长由于其能使用更便宜的垂直腔面发射激光器(VCSEL)传输技术，经常用作数据中心内互连。
耐辐射
本发明的纤维提供了耐辐射的性能，高能量物理实验中的数据同步信号的传输方面和空间任务方面对这点很感兴趣，这些方面中，在中红外波长(mid-IR)下运行亦是额外的要求。
高功率输送
本发明的纤维可以被构造成，使得少于0.1％的光功率，在一些构造中，少于0.01％的光功率在玻璃中被引导，且模场直径(MFD)很容易被修改成光纤激光器运作所需的任何波长，例如，0.8微米、1微米、1.55微米和2微米。纤维还具有弯曲坚固性，这点相较于任何具有相近有效区域的固体纤维而言有显著的优越性，且被有效地单模化。这些特征使得本发明的纤维适合作为功率传输纤维用于工业生产的高功率光纤激光器中，特别是脉冲运行，其涉及的峰值功率引发有害的非线性光谱变宽和瞬间的脉冲畸变，或者甚至可能超越材料的损伤阈值。相较于光子带隙纤维的截面复杂性的大幅简化将会使得这些纤维的阵列能堆叠以传输来自用于连续连贯再组合的多激光源的、未发生畸变的、超短、高峰功率脉冲，这在激光驱动颗粒加速应用中将很有用处。
中红外(Mid-IR)气体光谱学
本发明的纤维，光功率和玻璃的有非常小的重叠(通常在10-5和10-4之间)，能在玻璃高度不透明的波长下传输光线。此特征，与在气态介质中引导光线相结合，使得本发明的纤维能用在中红外光谱学应用中，其中存在大多数分子的基础旋转振动吸收。更多的应用包括气体传感器，例如，用在预防癌症筛查研究的呼吸分析中。当用熔融石英制造时，本发明的纤维应能在波长高达6-6.5微米时实现～分贝/米损耗的传输。此外，与光子带隙纤维技术不同，本发明能应用至更高折射率的玻璃，这些玻璃在中红外下更透明，使得在波长高达10微米或更高时允许潜在的传输。
生物医学应用
本发明的纤维，在特定的中红外波长下提供对高能脉冲的低损耗引导，使得本发明的纤维能用于外科应用。例如，3微米左右的波长，由于其能被组织中存在的水高度吸收，所以当前用于切除大量生物组织。通常组织切除所需的高注量使得不可以使用固体纤维，且现有的中空纤维通常会遭受高弯曲损耗，而本发明可以克服这点。此外，本发明能实现在更短波长，通常是0.8微米至1微米下的应用，使得能适用在内窥镜中，能够传输用于分子非线性探测的强烈泵脉冲，例如，在癌症细胞生长的临床评估中，或者在对体内细胞过程的实时研究中。
用于传递精确的频率/时间信息的陀螺仪和温度不敏感纤维
本发明的纤维，具有大部分通过空气行进的光学模，这会比硅具有小得多的克尔常数、法拉第常数和热常数，显示了低得多的对功率、磁场和温度波动的依赖。这些特性特别适用于陀螺仪以及用于传递超精确时间戳的温度不敏感纤维的适当应用中。
以下，将通过仅参照附图的实例对本发明的较佳实施例进行说明，其中：
图1示出了依照本发明第一个实施例的空芯反谐振纤维；
图2示出了依照图1的纤维的基本空气引导模的强度的轮廓曲线；
图3示出了对比纤维和依照图1的纤维的与不同嵌套管状元件布置相关的损耗曲线，具有重叠、正好接触(零间隔)和间隔构造，作为波长的函数，d/t比是-0.5、-0.3、-0.1、0、0.8、1、2和4；
图4呈现出对比纤维和依照图1的纤维在两个具体化的波长，即，1.4微米和1.6微米下，作为d/t比函数的损耗；
图5示出了依照图1的纤维在相邻的第二管状元件之间的交接处的方位角和径向方向上的场强度；
图6示出了依照图1的纤维的作为波长的函数的损耗；
图7示出了依照图1的纤维的直的纤维的作为波长的函数的损耗，该纤维的芯半径R是13微米、15微米、20微米和25微米；
图8示出了依照图1的纤维的基模(FM)和第一高阶模(HOM)的损耗；
图9示出了依照图1的纤维基模HE11和最低损耗高阶模TE01的损耗曲线；
图10示出了另一依照图1的纤维基模HE11和最低损耗高阶模TE01的损耗曲线；
图11示出了依照图1的纤维基模HE11和最低损耗高阶模TE01的差别损耗的曲线，是z/R比的函数；
图12示出了依照图1的纤维的作为波长的函数的损耗曲线，具有六个和八个嵌套管状元件；
图13示出了依照图1的纤维的基模(FM)和第一高阶模(HOM)的损耗曲线，具有六个和八个嵌套管状元件；
图14示出了依照图1的纤维的作为波长的函数的损耗曲线，具有的模场直径(MFD)是(I)9微米、(II)13微米和(III)16微米；
图15示出了对比纤维和依照图1的纤维的作为波长的函数的损耗曲线，每种纤维的模场直径(MFD)都是9微米；
图16示出了依照本发明第二个实施例的空芯反谐振纤维；
图17示出了依照图1和16的纤维的作为波长的函数的损耗曲线，既有直的(实线)又有弯曲(虚线)至半径为2.5厘米的纤维；
图18示出了依照本发明第三个实施例的空芯反谐振纤维；
图19示出了依照本发明第四个实施例的空芯反谐振纤维；
图20示出了依照本发明第五个实施例的空芯反谐振纤维；
图21示出了依照本发明第六个实施例的空芯反谐振纤维；
图22示出了依照本发明第七个实施例的空芯反谐振纤维；
图23示出了依照本发明第八个实施例的空芯反谐振纤维；
图24呈现出图23的纤维的基本反交叉模的剖面；
图25示出了依照本发明第九个实施例的空芯反谐振纤维；
图26(a)和(b)分别示出了图25的纤维基模的高损耗(y-偏振)和低损耗(x-偏振)垂直偏振的模态强度剖面和电场方向；
图27(a)至(c)分别示出了图25的纤维的作为范围在1.5微米至1.6微米之间的波长的函数的相位双折射(PB)、损耗和损耗比。
图1示出了依照本发明第一个实施例的空芯反谐振纤维。
该纤维包括第一管状包层元件1、多个第二管状元件5和多个第三管状元件7，第一管状包层元件1界定了内部包层表面3，多个第二管状元件5被布置成在包层表面3间隔开，在此实施例中是对称的，并一起界定半径R的芯9，多个第三管状元件7中的每个都分别嵌套在相应的一个第二管状元件5中，由此，被嵌套的第二管状元件和第三管状元件5、7提供了嵌套管状布置11a-f。
在此实施例中，管状元件1、5、7的截面是圆形，但是也可以是其他管状形状，例如，大致方形、矩形、椭圆形或卵形。
在此实施例中，管状元件1、5、7每个具有同样的截面形状，但是管状元件1、5、7中的一个或多个也可以具有不同的截面形状。
在此实施例中，管状元件1、5、7是圆形且具有完全的旋转对称，但在其他实施例中，也可能是径向拉长的结构，显示出的是关于单个平面或两个垂直平面的反射对称。
在此实施例中，管状元件1、5、7由玻璃制成，此处是由硅制成。
在此实施例中，第二管状元件5仅在包层表面3的单一位置处附接至第一管状元件1。
在此实施例中，第二管状元件5被布置成不接触的关系，且相邻的第二管状元件5之间有间隔d。
在此实施例中，相邻的第二管状元件5的间隔d和第二管状元件5的壁厚t的比d/t大于约0.5，可选地，大于约0.8，可选地，大于约1，及可选地，大于约2，且小于约12，可选地，小于约10，可选地，小于约8，及可选地，小于约6。
在此实施例中，第三管状元件7在第二管状元件5附接至包层表面3的位置处分别附接至相应的第二管状元件5。
在此实施例中，第二管状元件和第三管状元件5、7具有相同或大致相同的壁厚t。
在此实施例中，第二管状元件和第三管状元件5、7之间的直径差z使得，直径差z和芯半径R之间的比z/R在约0.3至约1.0之间，可选地，在约0.35至约0.95之间，为最低基模损耗提供了最优状态。
本发明人还惊人地确定，具有嵌套的反谐振元件5、7的布置，以及通过提供使第二管状元件5是非接触的关系，更确切地说，相邻的第二管状元件5的间隔d和第二管状元件5的壁厚t之间的限定的关系，获得了一种相较于现有纤维，能大幅减少损耗的纤维。
本发明的纤维在芯9处提供了反谐振支柱的无节点布置，用宽的带宽限制光线，及第三管状元件7还提供了额外的边界层，效果像布拉格镜一样连贯地起作用，这会显著地降低纤维的限制损耗。无节点布置和嵌套第三管状元件7的效果清楚地被示出在图2中，包括基本空气引导模的密度的3分贝轮廓曲线。以此布置，纤维内所有的内层边界在反谐振下运行，且纤维内仅有的节点被定位在外层包层元件1的边界，该处的场比芯9处的场通常要低60-80分贝。
图3示出了与不同嵌套管状元件5、7布置相关的损耗曲线，具有重叠、正好接触(零间隔)和间隔构造，d/t比，作为芯半径R是15微米，第二管状元件5的壁厚t是0.42微米，及z/R比是0.9的纤维的波长的函数，是-0.5、-0.3、-0.1、0、0.8、1、2和4。d/t的负比值呈现出第二管状元件5是重叠关系的布置。如图2中可见，具有优化比值d/t的纤维在很宽的带宽范围中显示出明显减小的损耗，尤其是在波长从约1.2微米至约1.8微米的范围。
图4呈现出在两个具体化的波长，即，1.4微米和1.6微米下，作为芯半径R是15微米，第二管状元件5的壁厚t是0.42微米，及z/R比是0.9的纤维的d/t比函数的损耗。这些曲线清楚地示出了在运用嵌套管状元件5、7及d/t比有限定范围时，损耗方面的显著改进。
如所观察到的，当第二管状元件5接触或d/t比达到0时损耗会明显增加。图5示出了在相邻的第二管状元件5之间的交接处的方位角和径向方向上的场强度。当第二管状元件5接触(d/t≤0)时，场被扰乱，但是方位角方向上的扰乱和径向方向上的扰乱不匹配，其原因在于，存在更厚的波导，使得波导在反谐振中无效。而且，当第二管状元件5间隔开，但间隔相对壁厚t来说较小的时候，第二管状元件5之间的场会局部增强，其原因在于正常电场构件的不连续性。以及，当d/t比太大时，嵌套管状元件5、7会隔得太远，而不能作为有效波导并防止泄漏。只有管状元件5、7的嵌套布置满足特定条件且有选定的d/t比时，嵌套管状元件5、7才会提供足以使反谐振有效排斥来自内管通道的场的波导。
图6示出了七种纤维的作为波长的函数的损耗，分别是(I)芯半径7微米及第二管状元件5的壁厚0.2微米，(II)芯半径11微米及第二管状元件5的壁厚0.3微米，(III)芯半径15微米及第二管状元件5的壁厚0.42微米，(IV)芯半径20微米及第二管状元件5的壁厚0.55微米，(V)芯半径27微米及第二管状元件5的壁厚0.6微米，(VI)芯半径54微米及第二管状元件5的壁厚1微米，(VII)芯半径80微米及第二管状元件5的壁厚2.25微米，z/R比都是0.9。实线示出限制损耗和材料吸收损耗，对于大多数纤维在波长2微米及更长下，这两点是主要损耗，而虚线示出散射损耗，只与纤维在短波长下引导时有关。
如所观察到的，可预计从紫外(UV)，通过可见光，高达波长约2.5微米时，损耗在1分贝/千米上下或更小。波长高达约5微米时，损耗仍有可能小于1分贝/米，而损耗约2分贝/米至约4分贝/米的纤维可在波长高达7微米时运用。对比之下，光子带隙纤维的最小传输损耗窗的中心在近红外(IR)处，在1.5微米到2微米之间。
此外，在本发明的纤维中，在玻璃中引导光功率的部分特别低(在10-5到10-4之间)，这使得光线能在玻璃高度不透明的波长下传输。例如，在硅玻璃的例子中，只有极少分贝/米损耗的纤维能在波长是约5微米至约7微米的范围内引导，此时玻璃损耗是60000分贝/米。本发明的光线引导机构还使得能够使用具有更高折射率和更长红外多声子边的玻璃，因此能使中空纤维在波长高达10微米、更长至12微米，甚至可能在15微米下引导。再一次强调，与光子带隙纤维相比，光子带隙纤维的情形是高折射率玻璃严重地影响表现，以致至今没报道出现过由不同于硅的玻璃制成的引导光子带隙纤维。
图7示出了作为波长的函数的损耗，图7中直的纤维的芯半径R是13微米、15微米、20微米和25微米，d/t比都是5，第二管状元件5的壁厚t都是0.55微米，以及z/R比都是0.9，与之对比的是典型的反谐振纤维(ARF)(2011年的欧洲光通信会议(ECOC)论文Mo.2.LeCervin.2中Poletti等人所著的《优化中空反谐振纤维的性能》)、目前技术水平下的光子带隙纤维(PBGF)(2013年第7卷《自然通讯》第279页至第284页，Poletti等人所著)和具有最低损耗的常规纤维(2002年第38卷《电子快报》第1168页至第1169页，Nagayama等人所著《超低损耗(0.1484分贝/千米)纯硅芯纤维和传输距离的延伸》)。
如所观察到的，芯半径R增加，损耗会减小，且损耗的减小已经被建模成λ7/R8的比例，其中λ是波长。芯半径是13微米时，本发明的纤维的最小损耗等同于目前技术水平下的光子带隙纤维(PBGF)且可以在更宽的带宽范围下运行。芯半径是20微米时，本发明的纤维的最小损耗等同于目前具有最低损耗的常规纤维，再一次地，其可以在更宽的带宽范围下运行，尤其是在更长的波长的情况下。
在此实施例中，纤维包括六个嵌套管状元件5、7。在其他实施例中，纤维可以包括三个、四个或者五个嵌套管状元件5、7。
此布置与现有技术中所采用的理解(2010年第18卷《光学快递》第23133页至第23146页，Vincetti等人所著)相反，需要七个或八个管状元件或波导来优化性能，尤其在高阶模的消失中。
除了与损耗和带宽相关的益处外，本发明的纤维亦能有效的单模化。
图8示出了基模(FM)和第一高阶模(HOM)的损耗，图8中的纤维的芯半径R为25微米，d/t比为5，第二管状元件5具有的壁厚t为0.55微米，及z/R比为0.9。两个数量级的损耗差别示出足够长的纤维上的有效的单模性能。此单模化呈现出对于数据传输的明显优势，在于避免来自模间耦合的数据畸变，与之相比的光子带隙纤维(PBGFs)，虽然已经成功地用作对高数据容量传输的示范，但仍是固有地多模化并具有相对低的差别模损耗，只有近似2倍，这给在模区分复用中使用带来了问题。
图9示出了基模HE11和最低损耗高阶模TE01的损耗曲线，图9中的纤维芯半径为15微米，嵌套管状元件5、7的壁厚t为0.42微米，d/t比为5，z/R比为0.8。
如所观察到的，基模HE11和最低损耗高阶模TE01的差别损耗是近似一个数量级，促使单模运行。另外，要注意的是，在玻璃中引导的光功率的部分非常低(在10-4到10-3之间)。
图10示出了基模HE11和最低损耗高阶模TE01的损耗曲线，图10中的纤维芯半径为15微米，嵌套管状元件5、7的壁厚t为0.42微米，d/t比为5，z/R比为1。
如所观察到的，基模HE11和最低损耗高阶模TE01的差别损耗是近似两个数量级，进一步促使单模运行。通过增加z/R比值，差别损耗通过在嵌套管状元件5、7处增强谐振耦合而得到大幅增加。另外，再次强调，要注意的是，在玻璃中引导的光功率的部分非常低(在10-4到10-3之间)。
图11示出了基模HE11和最低损耗高阶模TE01的差别损耗的曲线，是z/R比的函数，图11中的纤维芯半径为15微米，嵌套管状元件5、7的壁厚t为0.55微米，d/t比为5。
如所见到的，在此实施例中，纤维提供了两个有效单模状态，提供了改进的有效单模运行，z/R比在约0.05至约0.4之间，可选地，在约0.1至约0.3之间，更可选地，在约0.2至约0.3之间，其中芯9内的高阶模LP01与存在于第三管状元件7内的模LP11匹配，z/R比在约0.8至约1.2之间，可选地，在约0.9至约1.2之间，更可选地，在约1.0至约1.2之间，其中芯9内的高阶模LP01与第二管状元件和第三管状元件5、7之间所引导的模LP11匹配。在这些布置中，嵌套元件5、7支承的模具有被良好匹配的有效的折射率(neff)，可选地，具有与在芯9内的高阶模LP01之间的差别是小于约0.001的有效模差别(△neff)，以便使得由于扰动耦合至被支承的模，并因此增加与被支承的模相关的损耗，从而增加差别损耗。
亦如所见，在此实施例中，纤维为z/R比在约0.35到约0.9之间提供了最低的基本损耗。
图12表现出作为波长的函数的损耗，图12中的第一种纤维具有六个嵌套管状元件5、7，芯半径R是15微米，管状元件5、7的壁厚是0.42微米，d/t比是5及z/R比是0.9，第二种纤维具有八个嵌套管状元件5、7，芯半径R同样是15微米，管状元件5、7的壁厚是0.42微米，d/t比是5及z/R比是0.7，第三种纤维具有八个嵌套管状元件5、7，芯半径R是15微米，管状元件5、7的壁厚是0.42微米，d/t比是18及z/R比是0.5。
如所观察到的，具有六个嵌套管状元件5、7的纤维在损耗方面，有显著优势。
图13示出了基模FM和第一高阶模HOM的损耗曲线，图13中的一种纤维具有六个嵌套管状元件5、7，芯半径R是15微米，管状元件5、7的壁厚是0.42微米，d/t比是5及z/R比是0.9，一种纤维具有八个嵌套管状元件5、7，芯半径R是15微米，管状元件5、7的壁厚是0.42微米，d/t比是18及z/R比是0.5。
如所观察到的，具有八个嵌套管状元件5、7的纤维基模FM和第一高阶模HOM之间的差别损耗仅为2.5，而具有六个嵌套管状元件5、7的纤维基模FM和第一高阶模HOM之间的差别损耗为50，这样就可以通过在纤维内层足够长的距离范围传播模来实现提高的模态控制和有效的单模引导。
此外，本发明的纤维允许在任何给定波长下对模场直径(MFD)进行精细的控制，实现了其模场直径与固芯对应物的模场直径匹配的空芯纤维的制作。对比之下，在光子带隙纤维中，对于给定的可运行波长，只能通过去除整数根的毛细管形成中央芯，来获得一套固定的芯尺寸。
图14示出了三种纤维在掺镱光纤激光器典型的1.06微米的可运行波长下的运行，这三种纤维具有的模场直径(MFD)是(I)9微米、(II)13微米和(III)16微米。所有三种纤维都具有六个嵌套管状元件5、7，壁厚t为0.375微米，d/t比为5及z/R比为0.7，区别仅在于芯半径R，第一纤维(I)的芯半径R是6微米，第二纤维(II)的芯半径R是8微米，第三纤维(III)的芯半径R是10微米。
如所观察到的，即使在最小的模场直径下，在此实施例中，纤维对于功率输送应用而言具有足够低的损耗。例如，将模场直径调整为与来自光纤激光器，比如镱光纤激光器的固体有源/无源光纤的模场直径一致，会最小化耦合损耗及有利于直接接合，而超低非线性将确保非常高的非线性和损伤阈值，这在短脉冲输送应用中尤其需要。
此外，纤维可以被紧紧地卷起来，并显示等同的低损耗值。如图14中所示出的，第一模场直径纤维(I)绕1厘米直径的芯轴卷起来时的总损耗相当于纤维是直的时的损耗。这些损耗特性可以与那些现有的模场直径为9微米、在1.06微米波长下运行的空芯设计对比，后者显示出了明显高出很多的损耗，如图15中所示出。
图16示出了依照本发明第二个实施例的纤维。
此实施例中的纤维类似于前述第一个实施例中的纤维，区别在于具有第四管状元件15，第四管状元件15分别嵌套在对应的第三管状元件7中。
在此实施例中，第二管状元件、第三管状元件和第四管状元件5、7、15具有相同或大致相同的壁厚t。
图17示出了上述第一个实施例和第二个实施例的纤维的作为波长的函数的损耗曲线，既有直的(实线)又有弯曲(虚线)的情形，在此实施例中，弯曲半径为2.5厘米。
如所观察到的，在上述第二个实施例中引入额外的管状元件15能明显减低损耗，此外，上述第二个实施例显示了在弯曲时差别损耗的显著减少。
图18至图22示出了依照本发明的更多实施例的纤维。
图18是上述第一个实施例的变体，包括不同形状的第二管状元件和第三管状元件5、7，在此实施例中，是不对称的形状，此处是椭圆形或卵形。在此实施例中，管状元件5、7在包层元件1的径向方向上具有更长的尺寸。在此实施例中，纤维的z/R比为1。
在可替换的实施例中，管状元件5、7可以具有不同的横剖面。例如，第二管状元件5可以是径向拉伸的，比如椭圆形或卵形，及第三管状元件7是圆形的。
图19是上述第一个实施例的又一变体，其中，包层元件1具有不同的管状形状，在此实施例中，是大体方形，包着第二管状元件和第三管状元件5、7，并包括四个嵌套管状布置11a-d。
图20是上述第一个实施例的又一变体，包括额外的管状反谐振元件17，管状反谐振元件17在对应的嵌套管状元件5、7的中间。
图21是上述第一个实施例的又一变体，包括八个嵌套管状布置11a-h，八个嵌套管状布置11a-h被排列成在包层元件1的包层表面3上彼此间隔开。
图22是上述第二个实施例的变体，包括第三管状元件和第四管状元件7、15，相对第二管状元件5来说具有更大的直径。在此实施例中，谐振发生在芯9内引导的高阶模和在第四、最小元件15内所支承的模之间，这必然在被支承的模中产生高损耗。
图23示出了依照本发明第八个实施例的纤维。
此实施例中的纤维结构上类似于上述第二个实施例中的纤维，区别在于，具有四个嵌套管状布置11a-d，每个包括第二管状元件、第三管状元件和第四管状元件5、7、15，其被布置成第一对管状布置11a、c和第二对管状布置11b、d垂直的关系。在可替换实施例中，纤维可以包括不同数量的嵌套管状布置11，例如，三个、五个、六个、七个或八个嵌套管状布置11。
在此实施例中，一对嵌套管状布置，在此为第二对嵌套管状布置11b、d的外层管状元件5的壁厚t1不同于其他外层管状元件5的壁厚t2，在此，第一对嵌套管状布置11a、c具有以上那对嵌套管状布置11b、d的外层管状元件5的壁厚t1，促使在反谐振下提供运行，以及另一对嵌套管状布置11a、c的外层管状元件5的壁厚t2，促使能在谐振边缘运行。
如以上所述的实施例，此实施例的结构通过提供来自嵌套管状布置11a-d的内层管状元件7、15的反射反谐振层和减少包层结构中的玻璃节点，降低了限制损耗(CL)，但显著的是，通过一对嵌套管状布置11b、d的外层管状元件5的壁厚t2的不同并提供在谐振边缘的运行，通过在一对嵌套管状布置11b、d的方向上引入有效的折射率差别，为基模的垂直偏置(OPFM)引入了强相位双折射(PB)。
图24示出了上述纤维的基模剖面，通过基于各对嵌套管状布置11a-d的外层管状元件5的壁厚t1和t2的差别的模反交叉获得。
在一个实施例中，一对嵌套管状布置11b、d的外层管状元件5的壁厚t1和另一对嵌套管状布置11a、c的外层管状元件5的壁厚t2的关系是，0.5t2＜t1＜t2或者1.5t2＞t1＞t2，可选地，0.4t2＜t1＜t2或者1.4t2＞t1＞t2，可选地，0.3t2＜t1＜t2或者1.3t2＞t1＞t2，及可选地，t1＜0.9t2或者t1＞1.1t2。
在此实施例中，一对嵌套管状布置11b、d的外层管状元件5的壁厚t1是1.42微米，另一对嵌套管状布置11a、c的外层管状元件5的壁厚t2是1.172微米。
在一个实施例中，芯半径R至多是信号波长λ的约15倍，可选地，至多是约7倍，可选地，至多是约5倍，其中优选的，波长λ是约0.5、0.8、1.06、1.55及2微米。
在此实施例中，芯半径R是7微米。
在此实施例中，嵌套管状布置11a-d的内层管状元件7、15的壁厚是1.172微米，嵌套管状布置11a-d的间隔，及管状元件5、7、15之间的管间间隔Z是0.65R。
在此实施例中，纤维实现了1.54x10-4的相位双折射，可与常规固体偏振保持纤维相比，且在1.55微米下的损耗约为0.01分贝/米，对于具有如此小的芯的空芯纤维而言非常出色。
图25示出了依照本发明第九个实施例的纤维。
此实施例中的纤维在结构上类似于上述第八个实施例中的纤维，区别在于，垂直于一对嵌套管状布置11b、d的另一对嵌套管状布置11a、c的至少一个管状元件5、7、15的截面尺寸和/或形状，与对应的、以上那对嵌套管状布置11b、d的至少一个管状元件5、7、15的截面尺寸和/或形状不同。
在此实施例中，另一对嵌套管状布置11a、c的内层管状元件7、15之一，此处是最内层管状元件15，具有不同的截面尺寸，由此，另一对嵌套管状布置11a、c的一个最内层管状元件15和相邻管状元件7之间的间隔Z1与对应的、以上那对嵌套管状布置11b、d的一个最内层管状元件15和相邻管状元件7之间的间隔Z2不同。
在此实施例中，另一对嵌套管状布置11a、c的最内层管状元件15的尺寸要能使，那些最内层管状元件15和相邻管状元件7之间的间隔Z1是1.74R。
在此实施例中，另一对嵌套管状布置11a、c的间隔Z1和以上那对嵌套管状布置11b、d的间隔Z2的关系是，Z1＞1.2Z2，可选地，Z1＞1.5Z2，可选地，Z1＞2Z2，可选地，Z1＞2.5Z2。
以此构造，那对嵌套管状布置11b、d在那些嵌套管状布置11b、d的一个方向上作用，借助那些嵌套管状布置11b、d的不同尺寸的外层管状元件5来保持偏振，以及，另一对嵌套管状布置11a、c在另一个，那些管状布置11a、c的垂直方向上作用，获得芯和包层引导模之间的匹配，从而将耦合芯场放入那些管状布置11a、c，由此，在另一个方向上引入大的损耗，以及将单偏振引至源信号。
图26(a)和(b)分别示出了图25的纤维基模的高损耗(y-偏振)和低损耗(x-偏振)垂直偏振的模强度剖面和电场方向。
图27(a)至(c)分别示出了图25的纤维的作为范围在1.5微米至1.6微米之间的波长的函数的相位双折射(PB)、损耗和损耗比。
如所示出的，此实施例中的纤维显示出惊人且显著的光学特性，其具有相当宽的光谱范围，高双折射、低基模损耗，以及延伸跨过整个C波段至L波段第一半的大损耗差别。
此实施例中的纤维中，一个偏振在一个方向上的稍微不同的模尺寸，产生自那对嵌套管状布置11a-d的外层管状元件5的不同厚度，防止耦合至包层模，以及保持低损耗，而在垂直偏振中，相对比的，芯至包层外耦合过程(core-to-clad out-coupling process)引入大得多的损耗，并将单偏振引至源信号。
如所见的，相位双折射可以常规的固体偏振保持纤维相比，在1.5微米和1.6微米的波长之间有在1.4x10-4和1.7x10-4之间的相对小的变化。
亦如所见，最低损耗偏振的损耗在1.55微米时低至约0.0076分贝/米。尽管这个损耗大于上述第八个实施例中的损耗，但是这个损耗方面的增加可以被其他偏振大得多的损耗所抵消，在1.55微米时为约70分贝/米，基模的偏振之间的损耗比高达约1000。由于此损耗，纤维会显示出单偏振，甚至是在米级的应用中。
此实施例中的纤维表现出反谐振纤维结构，这提供了偏振保持和偏振功能，迄今还从未被获得。
最后，应该理解的是，以较佳实施例对本发明进行了说明，且对本发明可以进行多种不同方式的修改，而不偏离所附权利要求所限定的本发明的保护范围。

Claims (53)

1.一种反谐振空芯纤维，所述反谐振空芯纤维包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，所述第一管状包层元件界定了内部包层表面，所述多个第二管状元件附接至所述包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，所述第二管状元件被间隔布置，且相邻的所述第二管状元件之间具有间隔，及所述多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中，以提供嵌套管状布置。
2.如权利要求1所述的纤维，其中，所述嵌套管状布置在所述包层表面处被布置成对称关系。
3.如权利要求1或2所述的纤维，其中，所述第一管状元件的截面是圆形。
4.如权利要求1至3中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件的截面是圆形。
5.如权利要求1至3中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件径向上的尺寸比切向上的尺寸长，可选地，截面是椭圆形或卵形。
6.如权利要求1至5中任一所述的纤维，其中，一个或多个所述管状元件具有不同的截面形状。
7.如权利要求1至6中任一所述的纤维，其中，所述管状元件由玻璃制成，可选地，由硅制成。
8.如权利要求7所述的纤维，其中，所述管状元件由玻璃制成，所述玻璃的折射率至少是约1.4，可选地，约1.4至约3，可选地，约1.4至约2.8。
9.如权利要求1至8中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件的每个仅在所述包层表面的单一位置处附接至所述第一管状元件。
10.如权利要求9所述的纤维，其中，所述第三管状元件分别在所述第二管状元件附接至所述包层表面的位置处附接至相应的所述第二管状元件。
11.如权利要求1至10中任一所述的纤维，其中，所述相邻的第二管状元件的间隔和所述第二管状元件的壁厚之比大于约0.5，可选地，大于约0.8，可选地，大于约1，及可选地，大于约2。
12.如权利要求1至11中任一所述的纤维，其中，所述相邻的第二管状元件的间隔和所述第二管状元件的壁厚之比小于约12，可选地，小于约10，可选地，小于约8，及可选地，小于约6。
13.如权利要求1至12中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件具有大致相同的壁厚。
14.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.3至约1.0之间，可选地，在约0.35至约0.95之间。
15.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.05至约0.4之间，可选地，在约0.1至约0.3之间，可选地，在约0.2至约0.3之间。
16.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.8至约1.2之间，可选地，在约0.9至约1.2之间，可选地，在约1.0至约1.2之间。
17.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长在约1.0微米和约2.5微米之间时，基本损耗小于0.15分贝/千米。
18.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约2.7微米时，基本损耗约为1分贝/千米。
19.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约5微米时，基本损耗小于1分贝/米。
20.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约7微米时，基本损耗小于4分贝/米。
21.如权利要求1至20中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长降至约0.8微米时，基本损耗小于约1分贝/千米。
22.如权利要求1至21中任一所述的纤维，其中，具有所述管状元件的材料的所述纤维所引导的光功率部分小于约1x10-3，可选地，小于约1x10-4。
23.如权利要求1至22中任一所述的纤维，其中，所述芯半径可选地小于约50微米，可选地小于约40微米，可选地小于约30微米，可选地小于约25微米，可选地小于约20微米，可选地小于约15微米，可选地小于约13微米。
24.如权利要求1至23中任一所述的纤维，其中，所述纤维包括六个嵌套布置的管状元件。
25.如权利要求1至23中任一所述的纤维，其中，所述纤维包括三个、四个或者五个嵌套布置的管状元件。
26.如权利要求1至25中任一所述的纤维，其中，所述纤维显示出有效的单模。
27.如权利要求26所述的纤维，其中，基模和最低损耗高阶模之间的差别至少是一个数量级，可选地，至少两个数量级。
28.如权利要求26或27所述的纤维，其中，管状元件的所述嵌套布置支持具有有效折射率(neff)的模，所述有效折射率(neff)较之所述芯中的高阶模具有小于约0.001的有效模的差别(△neff)。
29.如权利要求1至28中任一所述的纤维，其中，所述纤维在任何给定波长下，都允许选择任何模场直径(MFD)。
30.如权利要求29所述的纤维，将其与实芯纤维组合，可选地，直接接合，其中，所述空芯纤维具有与所述实芯纤维相匹配的模场直径。
31.如权利要求30所述的纤维，其中，所述实芯纤维是来自光纤激光器的纤维，可选地，来自掺镱的光纤激光器。
32.如权利要求1至31中任一所述的纤维，其中，当所述纤维是直的和所述纤维卷成直径10mm时的基本损耗的差别小于两个数量级，可选地，小于一个数量级，可选地，小于半个数量级。
33.如权利要求1至32中任一所述的纤维，还包括多个第四管状元件，每个第四管状元件分别嵌套在对应的所述第三管状元件中。
34.如权利要求33所述的纤维，其中，所述第二管状元件、第三管状元件和第四管状元件具有大致相同的壁厚。
35.如权利要求1至33中任一所述的纤维，其中，至少一个所述嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚t1不同于至少另一个所述嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚t2，由此，所述纤维是相位双折射的，且偏振保持和/或偏振的。
36.如权利要求35所述的纤维，其中，至少一个所述嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t1和至少另一个所述嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t2的关系是，0.5t2＜t1＜t2或者1.5t2＞t1＞t2，可选地，0.4t2＜t1＜t2或者1.4t2＞t1＞t2，可选地，0.3t2＜t1＜t2或者1.3t2＞t1＞t2。
37.如权利要求35或36所述的纤维，其中，至少一个所述嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t1和至少另一个所述嵌套管状布置的外层管状元件的壁厚t2的关系是，t1＜0.9t2或者t1＞1.1t2。
38.如权利要求35至37中任一所述的纤维，其中，第一所述嵌套管状布置和第二所述嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚不同于至少另一个所述嵌套管状布置的第二、外层管状元件的壁厚。
39.如权利要求38所述的纤维，其中，所述第一管状布置和第二管状布置被排列成大致相对的关系，可选地，径向关系。
40.如权利要求35至39中任一所述的纤维，包括两个、三个、四个、五个、六个、七个或八个嵌套管状布置。
41.如权利要求40所述的纤维，包括四个嵌套管状布置，其中，第一对嵌套管状布置被布置在第一大致相同的方向上，第二对嵌套管状布置被布置在第二大致相同的方向上，所述第二大致相同的方向大体垂直于所述第一大致相同的方向。
42.如权利要求35至41中任一所述的纤维，其中，所述纤维的所述芯的所述有效半径至多是源的波长λ的约15倍，可选地，至多是约7倍，可选地，至多是约5倍，可选地，波长λ是约0.5、0.8、1.06、1.55或2微米。
43.如权利要求35至42中任一所述的纤维，其中，至少其他所述嵌套管状布置的一个内层管状元件，可选地，最内层的管状元件，的截面尺寸和/或形状不同于所述至少一个嵌套管状布置的对应的一个管状元件的截面尺寸和/或形状，由此，所述至少其他嵌套管状布置的所述一个内层管状元件和相邻管状元件之间的间隔Z1不同于所述至少一个嵌套管状布置的对应的一个管状元件和相邻管状元件之间的间隔Z2。
44.如权利要求43所述的纤维，其中，至少其他所述嵌套管状布置的所述一个内层管状元件具有不同的截面尺寸。
45.如权利要求43或44所述的纤维，其中，所述至少另一个嵌套管状布置的间隔Z1和所述至少一个嵌套管状布置的间隔Z2的关系是，Z1＞1.2Z2，可选地，Z1＞1.5Z2，可选地，Z1＞2Z2，可选地，Z1＞2.5Z2。
46.如权利要求35至45中任一所述的纤维，其中，所述纤维显示的相位双折射至少是1x10-4。
47.如权利要求35至46中任一所述的纤维，其中，所述纤维显示的损耗是至多约0.1分贝/米，可选地，至多约0.01分贝/米。
48.如权利要求35至47中任一所述的纤维，其中，所述纤维显示，所述基模的垂直偏振之间的损耗比至少为约100，可选地，至少约200，可选地，至少约500，可选地，至少约1000。
49.如权利要求1至49中任一所述的纤维在有效单模中的应用。
50.如权利要求1至50中任一所述的纤维在任何给定波长下，具有任何选定的模场直径的应用。
51.如权利要求1至51中任一所述的纤维在减小基本损耗的模中的应用。
52.将如权利要求1至52中任一所述的纤维作为偏振保持纤维的应用，可选地，保持源信号的输入偏振。
53.将如权利要求1至52中任一所述的纤维作为偏振纤维的应用，可选地，将偏振引入源信号，可选地，从不偏振输入产生线性偏振光线。
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