CN110673256B - 一种多芯的反谐振空芯光纤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多芯的反谐振空芯光纤，包括第一空心管和多个空气纤芯单元，所述空气纤芯单元沿着第一空心管的中心排列在第一空心管的内壁，所述空气纤芯单元包括第二空心管、多根微毛细管和空气纤芯，所述微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心排列在第二空心管的内壁，所述第二空心管的外壁与第一空心管的内壁以熔融的方式紧密贴合，所述第二空心管的内壁与微毛细管的外壁以熔融的方式紧密贴合。本发明提供的多芯的反谐振空芯光纤能够实现在同一根空芯光纤中传输不同偏振态的高能量激光，大幅度拓展了单根空芯光纤的传输能力和应用领域。

Description

一种多芯的反谐振空芯光纤及其制备方法

技术领域

本发明属于光纤技术与激光技术领域，尤其涉及一种多芯的反谐振空芯光纤及其制备方法。

背景技术

光纤作为一种光传导的媒介，由于入射光在光纤内具有很低的传输损耗，因此被广泛应用于长距离信息传输的系统。多路入射光可以在同一根多芯光纤内低损耗传输，相比于单芯光纤具有更大的传输密度。多芯光纤的每根纤芯内的光可以独立传输，不相互影响和串扰，在高密度信息传输系统中具有广泛的应用。由此多芯概念延伸，目前工业加工级的光纤激光器系统需要光纤能够传输高能量的激光，空芯光纤的纤芯以空气为传输媒介，对传输高能量的激光而言具有更低的非线性效应、瑞利散射效应以及更高的损伤阈值。因此，通过设计多芯光纤的相关参数，空芯光纤能够在空气纤芯中传输高能量的偏振光或非偏振光，该类型空芯光纤在光纤激光，以及光纤传感等领域具有极大潜在的应用价值。但单根空芯光纤仅有一个纤芯，只能传输一路光或者一个状态的光束，这限制了空芯光纤的应用范畴。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可实现在同一根光纤的不同空气纤芯中低损耗无串扰地传输不同偏振态或波长的高能量激光的多芯的反谐振空芯光纤。

本发明提供一种多芯的反谐振空芯光纤，包括第一空心管和多个空气纤芯单元，所述空气纤芯单元沿着第一空心管的中心对称或不对称排列在第一空心管的内壁，所述空气纤芯单元包括第二空心管、多根微毛细管和空气纤芯，所述微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心均匀排列在第二空心管的内壁，所述第二空心管的外壁与第一空心管的内壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合，所述第二空心管的内壁与微毛细管的外壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合。

进一步地，相邻的第二空心管的外壁可以彼此接触或不接触。

进一步地，微毛细管为完整的圆柱，为单层结构。

进一步地，多根微毛细管的壁厚相同、直径相同，多根微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照五边形、六边形、七边形、八边形、九边形或十边形均匀排列在第二空心管的内壁。

进一步地，多根微毛细管的壁厚相同、直径不相同，微毛细管的数量为偶数，其中直径相同的微毛细管呈左右对称，微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形均匀排列在第二空心管的内壁；微毛细管的直径设计成不同尺寸时，可以实现在每个空气纤芯单元中传输不同偏振模式或波长的光波，不同偏振模式的光包括随机偏振的基模光束和线偏振光。

进一步地，多根微毛细管的直径相同、壁厚不相同，微毛细管的数量为偶数，其中壁厚相同的微毛细管呈左右对称，微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形均匀排列在第二空心管的内壁；微毛细管的壁厚设计成不同尺寸时，可以实现在每个空气纤芯单元中传输不同偏振模式或波长的光波，不同偏振模式的光包括随机偏振的基模光束和线偏振光。

进一步地，多根微毛细管的直径不相同、壁厚不相同，微毛细管的数量为偶数，其中壁厚相同和直径相同的微毛细管呈左右对称，微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形排列在第二空心管的内壁；微毛细管的壁厚和直径设计成不同尺寸时，可以实现在每个空气纤芯单元中传输不同偏振模式或波长的光波，不同偏振模式的光包括随机偏振的基模光束和线偏振光。

本发明还提供了上述多芯的反谐振空芯光纤的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用化学气相沉积法制备空气纤芯单元的预制棒；

(2)将空气纤芯单元对应的预制棒进行适当的打磨或腐蚀处理；以获得合适的外径尺寸；

(3)以堆叠法制备出多芯的反谐振空芯光纤的预制棒，并在光纤拉丝塔上拉制成型。

本发明提供的多芯的反谐振空芯光纤通过在空芯光纤的内部设计多个空气纤芯单元实现多路高能量激光的同时传输，增大空芯光纤的传输密度；另外，通过设计空气纤芯单元内微毛细管的排列分布和直径，可实现在空气纤芯中低损耗无串扰地传输不同偏振态或波长的高能量激光，大幅度拓展了单根空芯光纤的传输能力和应用领域。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的多芯的反谐振空芯光纤的结构示意图。

图2是本发明实施例1的空气纤芯单元的结构示意图。

图3是本发明实施例2提供的多芯的反谐振空芯光纤的结构示意图。

图4是本发明实施例2的空气纤芯单元的结构示意图。

图5是本发明实施例3提供的多芯的反谐振空芯光纤的结构示意图。

图6是本发明实施例4提供的多芯的反谐振空芯光纤的结构示意图。

图7是本发明实施例5提供的多芯的反谐振空芯光纤的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

实施例1：

请参考图1，本发明的实施例1提供了一种多芯的反谐振空芯光纤，包括第一空心管101和四个空气纤芯单元102，四个空气纤芯单元102沿着第一空心管101的中心对称排列在第一空心管101的内壁，第一空心管101和四个空气纤芯单元102之间为空气区域103。

参考图2，空气纤芯单元102包括第二空心管1021、六根微毛细管1022和空气纤芯1023，第二空心管1021对微毛细管1022提供支撑作用，空气纤芯1023用于传输高能量的基模激光，六根微毛细管1022以空气纤芯1023的中心为对称中心按照六边形均匀排列在第二空心管1021的内壁，在空气纤芯单元102中构成反谐振区，能够对入射光的高阶模产生较大的泄露损耗，同时以较低的损耗限制沿空气纤芯1023传输的入射光以基模态进行传输，六根微毛细管1022的壁厚相同、直径相同。

第二空心管1021的外壁与第一空心管101的内壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合，微毛细管1022的外壁与第二空心管1021的内壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合，相邻的第二空心管1021之间可以彼此接触或不接触，本发明对此不作限制。

上述多芯的反谐振空芯光纤的制备过程为：

(1)利用化学气相沉积法制备空气纤芯单元102的预制棒；

(2)将空气纤芯单元102对应的预制棒进行适当的打磨或腐蚀处理，预制棒中微毛细管1022的排列分布按照图2设计制备，以获得合适的外径尺寸，然后在光纤拉丝塔上拉细到1mm至8mm直径的中间体；

(3)利用上述中间体以堆叠法制备出多芯的反谐振空芯光纤的预制棒，并在光纤拉丝塔上通过精密的压力控制拉制成型。

实施例2：

参考图3，本发明的实施例2提供了另外一种多芯的反谐振空芯光纤，包括第一空心管101和三个空气纤芯单元102，三个空气纤芯单元102沿着第一空心管101的中心不对称排列在第一空心管101的内壁，第一空心管101和三个空气纤芯单元102之间为空气区域103。

参考图4，空气纤芯单元102包括第二空心管1021、六根微毛细管1022和空气纤芯1023，第二空心管1021对微毛细管1022提供支撑作用，空气纤芯1023用于传输高能量的基模激光，六根微毛细管1022以空气纤芯1023的中心为对称中心呈左右对称按照六边形均匀排列在第二空心管1021的内壁，在空气纤芯单元102中构成反谐振区，能够对入射光的高阶模产生较大的泄露损耗，同时限制沿空气纤芯1023传输的入射光以基模态低损耗地传输，六根微毛细管1022的壁厚相同，图4中标记为a的两根微毛细管1022的直径相同，标记为b的四根微毛细管1022的直径相同，且标记为a的微毛细管1022的直径大于标记为b的微毛细管1022的直径，标记为a的两根微毛细管1022左右对称布置于第二空心管1021的内壁。

空气纤芯单元102中的微毛细管1022的直径大小不同、且以左右对称性分布，因此对入射光的偏振具有一定的选择性，实现入射光在空气纤芯单元102的空气纤芯1023中以线偏振光进行低损耗传输。

第二空心管1021的外壁与第一空心管101的内壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合，微毛细管1022的外壁与第二空心管1021的内壁接触的部位以熔融的方式紧密贴合，相邻的第二空心管1021之间可以彼此接触或不接触，本发明对此不作限制。

上述多芯的反谐振空芯光纤的制备过程为：

(1)利用化学气相沉积法制备空气纤芯单元102的预制棒；

(2)将空气纤芯单元102对应的预制棒进行适当的打磨或腐蚀处理，预制棒中微毛细管1022的排列分布按照图4设计制备，以获得合适的外径尺寸，然后在光纤拉丝塔上拉细到1mm至8mm直径的中间体；

(3)利用上述中间体以堆叠法制备出多芯的反谐振空芯光纤的预制棒，并在光纤拉丝塔上通过精密的压力控制拉制成型。

实施例3：

参考图5，本发明实施例3提供的多芯的反谐振空芯光纤结构中，空气纤芯单元102的五根微毛细管1022以空气纤芯1023的中心为对称中心按照五边形均匀排列在第二空心管1021的内壁；其余结构特征与实施例1提供的反谐振空芯光纤结构相同，本发明在此不作赘述。

实施例4：

参考图6，本发明实施例4提供的多芯的反谐振空芯光纤结构中，空气纤芯单元102包括六根微毛细管1022，标记为a的两根微毛细管1022的壁厚相同、直径相同，标记为b的四根微毛细管1022的壁厚相同、直径相同，且标记为a的微毛细管1022的壁厚大于标记为b的微毛细管1022的壁厚，标记为a的微毛细管1022的直径小于标记为b的微毛细管1022的直径，标记为a的两根微毛细管1022左右对称；其余结构特征与实施例2提供的反谐振空芯光纤结构相同，本发明在此不作赘述。

实施例5：

参考图7，本发明实施例5提供的多芯的反谐振空芯光纤结构中，空气纤芯单元102包括六根直径相同的微毛细管1022，标记为a的两根微毛细管1022的壁厚相同，标记为b的四根微毛细管1022的壁厚相同，且标记为a的微毛细管1022的壁厚小于标记为b的微毛细管1022的壁厚，标记为a的两根微毛细管1022左右对称；其余结构特征与实施例1提供的反谐振空芯光纤结构相同，本发明在此不作赘述。

在本文中，所涉及的内、外等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多芯的反谐振空芯光纤，其特征在于，包括第一空心管和多个空气纤芯单元，所述第一空心管和空气纤芯单元之间为空气区域，所述空气纤芯单元沿着第一空心管的中心排列在第一空心管的内壁，所述空气纤芯单元包括第二空心管、多根微毛细管和空气纤芯，所述微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心排列在第二空心管的内壁，所述第二空心管的外壁与第一空心管的内壁以熔融的方式紧密贴合，所述第二空心管的内壁与微毛细管的外壁以熔融的方式紧密贴合；所述空气纤芯单元沿着第一空心管的中心对称分布或不对称分布；相邻的第二空心管的外壁接触或不接触。

2.根据权利要求1所述的多芯的反谐振空芯光纤，其特征在于，多根微毛细管的壁厚相同、直径相同；多根微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照五边形、六边形、七边形、八边形、九边形或十边形对称性排列在第二空心管的内壁。

3.根据权利要求1所述的多芯的反谐振空芯光纤，其特征在于，多根微毛细管的壁厚相同、直径不相同；多根微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形排列在第二空心管的内壁。

4.根据权利要求1所述的多芯的反谐振空芯光纤，其特征在于，多根微毛细管的直径相同、壁厚不相同；多根微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形排列在第二空心管的内壁。

5.根据权利要求1所述的多芯的反谐振空芯光纤，其特征在于，多根微毛细管的直径不相同、壁厚不相同，多根微毛细管以空气纤芯的中心为对称中心，按照六边形、八边形或十边形排列在第二空心管的内壁。

6.权利要求1-5任一项所述的多芯的反谐振空芯光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用化学气相沉积法制备空气纤芯单元的预制棒；

(2)将空气纤芯单元对应的预制棒进行打磨或腐蚀处理；

(3)以堆叠法制备出多芯的反谐振空芯光纤的预制棒，并在光纤拉丝塔上拉制成型。

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