CN113126202B - 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 - Google Patents
一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113126202B CN113126202B CN202110458276.4A CN202110458276A CN113126202B CN 113126202 B CN113126202 B CN 113126202B CN 202110458276 A CN202110458276 A CN 202110458276A CN 113126202 B CN113126202 B CN 113126202B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ginkgo leaf
- optical fiber
- shaped cladding
- cladding
- core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005253 cladding Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 235000008100 Ginkgo biloba Nutrition 0.000 title claims abstract description 80
- 235000011201 Ginkgo Nutrition 0.000 title claims abstract description 73
- 241000218628 Ginkgo Species 0.000 title claims abstract description 73
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 6
- 244000194101 Ginkgo biloba Species 0.000 description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
- G02B6/03694—Multiple layers differing in properties other than the refractive index, e.g. attenuation, diffusion, stress properties
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/032—Optical fibres with cladding with or without a coating with non solid core or cladding
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，由外至内依次为光纤外套管、银杏叶形状包层管和空气纤芯；其中，银杏叶形状包层管在设计上满足反谐振反射波导(ARROW)原理，具体由玻璃制成且厚度为t，绕制后整个银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状，具体由一个前弧段和两个后弧段组成，其中，前弧段与后弧段相对于空气纤芯均是负曲率，即朝空气纤芯外侧方向弯曲；多个银杏叶形状包层管以旋转对称方式固定在光纤外套管上。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤。
背景技术
常规的实芯光纤，其通常使用全内反射的导光机制，因而纤芯必须使用折射率较高的材料。传统的以硅基材料为主的实芯石英光纤在传输中红外光时会产生极高的吸收损耗，而硫化物光纤激光损伤阈值较低，材料提纯技术不够成熟(郭海涛,崔健,许彦涛,等.低损耗硫系红外光纤制备及其应用研究进展[J].激光与光电子学进展,2019,56(17):93-111.)，氟化物光纤易潮解，容易发生端面损伤(贾志旭,姚传飞,李真睿,等.新型高功率中红外光纤激光材料与超连续谱激光研究进展[J].中国激光,2019,46(5):74-84)，使得这两类实芯软玻璃光纤都难以应用于中红外等波段中。空芯光纤由于采用空气作为纤芯，避免了材料吸收，且包层可以继续沿用工艺成熟的硅玻璃材料，有望解决目前光纤在中红外波段的瓶颈。
空芯光纤种类繁多，其中空芯反谐振光纤因其结构简单，设计灵活，且损耗、色散、非线性性能优越而引起科研人员的广泛研究。
空芯反谐振光纤的包层一般由一圈相互保持一定间隔的圆形薄管构成，称为包层管，包层管固定在光纤的外套管上，从而使结构稳定。空芯反谐振光纤采用反谐振反射的原理，因此根据包层管管壁厚度的不同而具有不同的传输波段，由不同阶数的谐振波长所确定。
目前的空芯反谐振光纤一般具有负曲率和无节点的结构特征。负曲率是指包层玻璃壁中围绕成纤芯边界的那一部分，其弯曲方向不朝向纤芯。而无节点是指包层的一圈包层管相互不接触，以一定间隔排列开。然而，具有这两种结构特征的圆形包层管空芯反谐振光纤，其包层管内存在管模，且这些管模与纤芯中基模发生模式耦合，使得光纤损耗仍然较高。并且在常见的圆形包层管中，不围绕成纤芯边界的那一部分仍然是正曲率。这些问题都可以通过新的空芯反谐振光纤设计方案来解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，采用类似于银杏叶形状的包层管，来解决现有结构中只有纤芯边界的管壁为负曲率而其他管壁为正曲率，圆形包层管受模式耦合严重而限制损耗较高的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，包括：由外至内依次为光纤外套管、银杏叶形状包层管和空气纤芯；
所述光纤外套管为空芯反谐振光纤的最外层，将银杏叶形状包层管和空气纤芯包裹在其内部；
所述银杏叶形状包层管由厚度为t的圆形状包层管挤压而成，制成后整个银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状，具体由一个前弧段和两个后弧段组成，其中，前弧段与后弧段相对于空气纤芯均是负曲率，即朝空气纤芯外侧方向弯曲；多个银杏叶形状包层管以旋转对称方式固定在光纤外套管上，其中，银杏叶形状包层管的后弧段末端与光纤外套管固定；
所述空气纤芯由多个旋转对称的银杏叶形状包层管包围而成，其包围轮廓的内接圆半径为空气纤芯半径。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，由外至内依次为光纤外套管、银杏叶形状包层管和空气纤芯；其中，银杏叶形状包层管在设计上满足反谐振反射波导(ARROW)原理，具体由玻璃制成且厚度为t，绕制后整个银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状，具体由一个前弧段和两个后弧段组成，其中，前弧段与后弧段相对于空气纤芯均是负曲率，即朝空气纤芯外侧方向弯曲；多个银杏叶形状包层管以旋转对称方式固定在光纤外套管上。
同时，本发明一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤还具有以下有益效果：
(1)、本发明提出了一种银杏叶形状的包层管结构，并使用所述的银杏叶形状的包层管排列围绕成一圈，形成一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，该光纤的银杏叶形状包层可以提供先后两层负曲率的管壁，可以有效地减小限制损耗。
(2)、本发明提供的银杏叶形状包层空芯反谐振光纤可以提供抑制模式耦合的作用，这是由于银杏叶形状包层管内的管模与纤芯内的基模发生模式耦合更为困难。
(3)、本发明提供的银杏叶形状包层空芯反谐振光纤同时兼具良好的色散特性，在传输波段内色散平坦，且总色散数值小，受材料色散影响小。
(4)、本发明提供的银杏叶形状包层空芯反谐振光纤同时兼具良好的单模传输特性，具有极高的高阶模消光比。
附图说明
图1是本发明一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤横截面结构示意图；
图2是本发明的银杏叶形状包层管结构示意图；
图3是本发明实施例的光纤横截面结构示意图；
图4是本发明实施例中基模的限制损耗与其他光纤的对比图；
图5是本发明实施例中群速度色散的结果图；
图6是本发明实施例中高阶模抑制比结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤横截面结构示意图。
在本实施例中，一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其结构如图1所示，由外而内依次为光纤外套管1、银杏叶形状包层管2、空气纤芯3。
光纤外套管1为空芯反谐振光纤的最外层，将银杏叶形状包层管2和空气纤芯3包裹在其内部。
银杏叶形状包层管通常由二氧化硅制成且厚度为t，在设计上应遵循反谐振反射波导(ARROW)原理，即满足：
其中，λ为设计的工作波长，n1表示银杏叶形状包层管材料的折射率，n0表示空气的折射率，m为正整数；
在本实施例中，如图3所示，一种适用于2μm波段光纤通信的银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，取工作波长λ＝2.856μm、n1＝1.45、n0＝1、m＝1，计算得出其银杏叶形状包层管的厚度t为0.68μm。
绕制后如图2所示，整个银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状，具体由一个前弧段5和两个后弧段4组成，其中，前弧段与后弧段相对于空气纤芯均是负曲率，即朝空气纤芯外侧方向弯曲；多个银杏叶形状包层管以旋转对称方式固定在光纤外套管上，银杏叶形状包层管之间存在一定间隙，互不接触，其中，银杏叶形状包层管的后弧段末端与光纤外套管固定；
银杏叶形状包层管的具体挤压方法为：通过对半径为rtube＝36.8μm的圆形包层管后方两侧使用半径为r1＝36.8μm的辅助圆柱进行挤压，挤压后在圆形包层管后方形成两个弯曲的后弧段，然后将两个后弧段的连接处断开，绕制完成后，银杏叶形状包层管的两个后弧段关于银杏叶形状包层管的中心轴线对称，且两个后弧段相互之间的水平距离为z＝14.4μm；圆形包层管的前弧段保持形状不变，最终使后弧段与前弧段之间的垂直距离为h＝37.48μm。在本实施例中，银杏叶形状包层管的前弧段的弧度设计为180°，后弧段的弧度设计为90°，使银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状。
在本实施例中，空气纤芯由6个旋转对称的银杏叶形状包层管包围而成，其包围轮廓的内接圆半径为纤芯半径rcore＝40μm。
其中，银杏叶形状的包层管结构如图2所示，该形状可以通过对半径为rtube的圆形包层管后方两侧使用半径为r1的辅助圆柱进行挤压来获得，挤压后在包层管后方形成两个弯曲的后弧，优选地，两个后弧应再进行一次分离，这需要将包层管两个后弧的连接处断开。所述后弧与前弧之间的垂直距离为h，所述后弧分离开后的水平距离为z。
一实施例中，参考图3，是一种适用于2μm波段光纤通信的银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤。
在本实施例中，所述银杏叶形状包层管由玻璃制成，个数为6个且等间距排列，纤芯半径rcore＝40μm。
所述银杏叶包层管的形状是通过对半径rtube＝36.8μm的圆形包层管后方两侧使用半径r1＝36.8μm的辅助圆柱进行挤压获得的，挤压形成两个相互分离的负曲率后弧，后弧与前弧之间垂直距离h＝37.48μm，后弧之间的最小水平距离z＝14.4μm。
使用有限元仿真软件Comsol Multiphysics对本实施例进行仿真测试，仿真采用对光纤横截面进行模式分析的方式，使用了最大单元大小为λ/6的网格划分方式(λ为真空中的波长)，并在模型最外层使用厚度为λ的完美匹配层以模拟无限大的硅玻璃光纤外套管，测得本实施例在入射波长2μm的条件下限制损耗最低，约为0.05dB/km，相比同仿真条件下，相同玻璃壁厚度t，纤芯半径rcore和包层管半径rtube的圆形包层管的空芯反谐振光纤，在该波长的限制损耗下降约2个数量级，如图4所示。
同时，测得本实施例仅在谐振波长1.55μm附近群速度色散数值较高，而在1.6～3μm的较宽波长范围内群速度色散数值在±5ps/(km*nm)以内，拥有低色散的特性，如图5所示。
高阶模抑制比是指光纤纤芯中最低损耗的高阶模与基模的损耗比，在本实施例中，该最低损耗的高阶模为LP11模，仿真测试表明，本实施例在整个2μm波段附近的范围内的高阶模抑制比均高达1000以上，拥有良好的单模传输特性，如图6所示。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (5)
1.一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，包括：由外至内依次为光纤外套管、银杏叶形状包层管和空气纤芯；
所述光纤外套管为空芯反谐振光纤的最外层，将银杏叶形状包层管和空气纤芯包裹在其内部；
所述银杏叶形状包层管由厚度为t的圆形状包层管挤压而成，制成后整个银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状，具体由一个前弧段和两个后弧段组成，其中，前弧段与后弧段相对于空气纤芯均是负曲率，即朝空气纤芯外侧方向弯曲；多个银杏叶形状包层管以旋转对称方式固定在光纤外套管上，其中，银杏叶形状包层管的后弧段末端与光纤外套管固定；
所述空气纤芯由多个旋转对称的银杏叶形状包层管包围而成，其包围轮廓的内接圆半径为空气纤芯半径；
其中，所述银杏叶形状包层管的厚度t在设计上满足反谐振反射波导(ARROW)原理，即满足：
其中，λ为设计的工作波长，n1表示银杏叶形状包层管材料的折射率，n0表示空气的折射率，m为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，所述银杏叶形状包层管的两个后弧段关于银杏叶形状包层管的中心轴线对称，且两个后弧段相互之间存在一定距离。
3.根据权利要求1所述的一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，所述银杏叶形状包层管的前弧段的弧度设计为180°，后弧段的弧度设计为90°，使银杏叶形状包层管呈现工整的银杏叶形状。
4.根据权利要求1所述的一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，所述银杏叶形状包层管的具体挤压方法为：通过对半径为rtube的圆形包层管后方两侧使用半径为r1的辅助圆柱进行挤压，挤压后在圆形包层管后方形成两个弯曲的后弧段，然后将两个后弧段的连接处断开，断开的水平距离为z；圆形包层管的前弧段保持形状不变，最终使后弧段与前弧段之间的垂直距离为h。
5.根据权利要求1所述的一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤，其特征在于，所述银杏叶形状包层管由二氧化硅制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110458276.4A CN113126202B (zh) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110458276.4A CN113126202B (zh) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113126202A CN113126202A (zh) | 2021-07-16 |
| CN113126202B true CN113126202B (zh) | 2022-04-19 |
Family
ID=76780200
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110458276.4A Expired - Fee Related CN113126202B (zh) | 2021-04-27 | 2021-04-27 | 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113126202B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114815042B (zh) * | 2022-05-13 | 2023-03-24 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 基模为方形场的单模反谐振空芯光纤 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101329490B (zh) * | 2008-06-25 | 2011-03-16 | 天津大学 | 小芯径集束型高非线性光子晶体光纤的高功率频率变换器 |
| CN102298170B (zh) * | 2011-08-22 | 2013-04-24 | 北京交通大学 | 一种微结构包层单晶光纤及制备方法 |
| GB2526879A (en) * | 2014-06-06 | 2015-12-09 | Univ Southampton | Hollow-core optical fibers |
| DK3136143T3 (en) * | 2015-08-26 | 2020-05-18 | Max Planck Gesellschaft | Hollow-Core Fibre and Method of Manufacturing Thereof |
| CN107134706B (zh) * | 2016-02-29 | 2020-06-23 | 深圳朗光科技有限公司 | 一种光纤包层残余光滤除结构及光纤激光器 |
| CN107340566A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-11-10 | 复旦大学 | 未封闭空芯光子晶体光纤 |
| CN107797175A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-13 | 北京工业大学 | 一种多谐振层的空芯反谐振光纤 |
-
2021
- 2021-04-27 CN CN202110458276.4A patent/CN113126202B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113126202A (zh) | 2021-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2004200003B2 (en) | Microstructured optical fiber | |
| CN108181684B (zh) | 一种微结构空心光纤 | |
| CN112230329B (zh) | 一种单偏振低损耗空芯负曲率光纤 | |
| CN111474628B (zh) | 一种保偏空芯反谐振光纤 | |
| CN113311533B (zh) | 一种反谐振空芯光纤 | |
| CN106597603B (zh) | 一种新型少模光纤 | |
| CN109212662B (zh) | 一种多谐振层空心光纤 | |
| CN113126202B (zh) | 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤 | |
| CN115124232B (zh) | 一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法 | |
| CN115728863A (zh) | 一种低损耗反谐振空芯光纤 | |
| CN114721084B (zh) | 一种基于混合包层的高性能空芯光子晶体光纤 | |
| CN117369046B (zh) | 一种中红外色散平坦的空芯反谐振光纤 | |
| CN109031517B (zh) | 一种矩形空心光纤 | |
| CN113448010B (zh) | 一种单偏振低损耗空芯负曲率光纤 | |
| CN113126203B (zh) | 一种月牙形状包层的嵌套型空芯反谐振光纤 | |
| CN115508943A (zh) | 一种空芯反谐振光纤 | |
| CN116047653A (zh) | 一种基于多边形外套管的空芯反谐振光纤 | |
| CN113933928B (zh) | 一种双层弱耦合少模空心反谐振光纤 | |
| CN101694536B (zh) | 一种光子晶体光纤耦合器的制作方法 | |
| CN114815042B (zh) | 基模为方形场的单模反谐振空芯光纤 | |
| CN101201431B (zh) | 宽带色散补偿光纤、其制造方法及宽带色散补偿模块 | |
| CN106908895B (zh) | 一种全固态宽带色散补偿折射率引导型微结构光纤 | |
| CN203433143U (zh) | 一种用于3-5微米波段光波宽带低损耗传输的空芯光子带隙光纤 | |
| US20140133816A1 (en) | Holey Fiber | |
| CN102354017B (zh) | 一种太赫兹传输光纤 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220419 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |