CN109212662A - 一种多谐振层空心光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多谐振层空心光纤，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管；所述第一类介质管的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯区域。本发明提供的多谐振层空心光纤，光纤模式主要分布在空气孔中，可有效降低光纤的材料吸收损耗，提高光纤的损伤阈值，光纤节点距离纤芯的距离可通过增加负曲率边界包层区域内介质管的半径大小来调节，通过增加此距离可降低纤芯模式与节点模式的耦合。

Description

一种多谐振层空心光纤
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种多谐振层空心光纤。
背景技术
随着全球互联网的蓬勃发展，人们对信息传输技术提出了越来越高的要求，由此引起了光传输容量危机。空心光纤有望成为理想的光传输通道，光场主要分布在空的纤芯中，在克服光纤损耗、色散和非线性效应等方面具有较大优势。
反谐振式空心光纤是空心光纤的一种类型，F. Benabid等人[F. Benabid, etal. “Stimulated Raman scattering in hydrogen-filled hollow-core photoniccrystal fiber,” Science, 2002, 298(5592), 399-402]提出了一种具有Kagome包层结构的空心微结构光纤，通过控制谐振耦合波长，反谐振空心光纤还可获得超宽的传输带宽。随后人们对反谐振式光纤进行了大量的研究，负曲率反谐振空心光纤[F. Yu, et al.“Low loss silica hollow core fibers for 3-4 μm spectral region,” OpticsExpress, 2012, 20(10), 11153-11158] 可将节点排布在距离纤芯尽可能远的地方，从而减弱节点对光纤性能的影响。
现有技术中，有通过在光纤包层的毛细管内加入薄壁层或采用毛细管做支撑部件来增加光纤包层从而降低光纤损耗，如公开号为CN107797175A的中国发明专利申请公开了“一种多谐振层的空芯反谐振光纤”，该光纤包括低折射率的纤芯区域和高折射率的包层区域，所述高折射率的包层区域包括内包层区和外包层区域，所述外包层区域包覆内包层区域和纤芯区域，所述内包层区域包括第一反谐振层和第二反谐振层，且所述第一反谐振层和第二反谐振层包围纤芯区域；所述第一反谐振层包括若干层微毛细管，所述第二反谐振层支撑所述第一反谐振层。但该技术会增加光纤包层中的节点，从而引起过多的包层模式，光纤制备过程中需精确调整来避开节点处包层模的影响。
因此，亟需研究开发一种通过增加介质层来降低损耗的多谐振层空心光纤。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种多谐振层空心光纤，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管；所述第一类介质管的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯区域。
其中，所述第一类介质管与所述第二类介质管通过相切的方式连接。
其中，所述第一类介质管的数目为若干，相邻所述第一类介质管之间通过相切的方式连接。
其中，所述第二类介质管的数目为若干，相邻所述第二类介质管之间通过相切的方式连接。
其中，所述第一类介质管与所述第二类介质管之间的切点，相邻所述第一类介质管之间的切点和相邻所述第二类介质管之间的切点在同一方位角上。
其中，所述第一类介质管的数目为2、3、4、5、6、7、8、9、10。
其中，所述第二类介质管的数目为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。
其中，所述包层区域的材质为二氧化硅、软玻璃或塑料中的任意一种。
其中，所述第一类介质管的横截面为圆形或椭圆形。
其中，所述第二类介质管的横截面为圆形或椭圆形。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种多谐振层空心光纤，光纤模式主要分布在空气孔中，可有效降低光纤的材料吸收损耗，提高光纤的损伤阈值，纤芯的边界的一部分为负曲率边界，另一部分为正曲率边界。光纤节点距离纤芯的距离可通过增加负曲率边界包层区域内介质管的半径大小来调节，通过增加此距离可降低纤芯模式与节点模式的耦合。光纤包层中的节点少，这有效的降低了光纤包层模对纤芯模式损耗的影响。光纤包层中的介质管的连接切点在同一个方位角上，不需要像普通反谐振光纤那样严格控制包层中毛细管之间的间距，降低了光纤制备难度。另外，临近光纤纤芯有两种光纤包层，因此有两种办法来获得单模空芯光纤，即分别调整两种光纤包层结构大小来实现包层模与纤芯高阶模的耦合，从而实现单模光纤，所述介质管的横截面为圆形或椭圆形，在光纤拉制过程中易保持截面形状不变形。数值仿真结果显示x偏振模和y偏振模的限制损耗均可低于0.1dB/km，模式能量在空气中的分布比例可高于99.99%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对应本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的多谐振层空心光纤的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的多谐振层空心光纤的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的多谐振层空心光纤的结构示意图；
图4为本发明实施例4提供的多谐振层空心光纤的结构示意图；
附图中附图标记所对应的名称为：1-第一类介质管，2-第二类介质管，3-纤芯。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，如图1所示，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为2，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为4，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为二氧化硅，所述纤芯3区域采用空气填充。
实施例2
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，如图2所示，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为2，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为4，其中最里面一层介质管的横截面为椭圆形，外面三层介质管的横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为软玻璃，所述纤芯3区域采用真空填充。
在波长1.06μm 处，取第一类和第二类介质管的数目分别为2和4，第二类介质管的最内层介质管的长半轴为30μm，短半周与长半轴的比值为0.8，第一类介质管的外层和内层介质管内半径分别为11μm和5.5μm，所有介质管的厚度均为0.42 μm，数值仿真获得的x偏振模和y偏振模的限制损耗分别为0.04 dB/km 和0.016dB/km，在空气中的模式能量分布比例分别可达为99.9972%和99.9979%。
实施例3
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，如图3所示，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为2，横截面为椭圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为4，横截面为椭圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为塑料，所述纤芯3区域采用真空填充。
实施例4
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，如图4所示，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为2，其中最内层介质管的横截面为圆形，最外层介质管的横截面为椭圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为4，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为二氧化硅，所述纤芯3区域采用真空填充。
实施例5
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为4，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为8，横截面为椭圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为二氧化硅，所述纤芯3区域采用空气填充。
实施例6
本发明提供了一种多谐振层空心光纤，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯3区域，所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管1，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管2；所述第一类介质管1的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管2的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯3区域。
所述第一类介质管1与所述第二类介质管2通过相切的方式连接；所述第一类介质管1的数目为5，横截面为椭圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第二类介质管2的数目为4，横截面为圆形，相邻介质管之间通过相切的方式连接；所述第一类介质管1与所述第二类介质管2之间的切点，相邻所述第一类介质管1之间的切点和相邻所述第二类介质管2之间的切点在同一方位角上；所述包层区域的材质为软玻璃，所述纤芯3区域采用真空填充。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种多谐振层空心光纤，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，其特征在于：所述包层区域由负曲率边界区域和正曲率边界区域组成，所述正曲率边界区域包覆所述负曲率边界区域，所述负曲率边界区域的介质管为第一类介质管，所述正曲率边界区域的介质管为第二类介质管；所述第一类介质管的最外层介质管的外壁与所述第二类介质管的最内层介质管的内壁包围的区域为所述纤芯区域。
2.根据权利要求1所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第一类介质管与所述第二类介质管通过相切的方式连接。
3.根据权利要求2所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第一类介质管的数目为若干，相邻所述第一类介质管之间通过相切的方式连接。
4.根据权利要求3所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第二类介质管的数目为若干，相邻所述第二类介质管之间通过相切的方式连接。
5.根据权利要求4所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第一类介质管与所述第二类介质管之间的切点，相邻所述第一类介质管之间的切点和相邻所述第二类介质管之间的切点在同一方位角上。
6.根据权利要求5所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第一类介质管的数目为2、3、4、5、6、7、8、9、10。
7.根据权利要求5所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第二类介质管的数目为2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16。
8.根据权利要求1~7中任意一项权利要求所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述包层区域的材质为二氧化硅、软玻璃或塑料中的任意一种。
9.根据权利要求1~7中任意一项权利要求所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第一类介质管的横截面为圆形或椭圆形。
10.根据权利要求1~7中任意一项权利要求所述的一种多谐振层空心光纤，其特征在于：所述第二类介质管的横截面为圆形或椭圆形。
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