CN113311533B - 一种反谐振空芯光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种反谐振空芯光纤，光纤由第一类介质管、第二类介质管和第一类介质层组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，第一类介质管和第一类介质层均连接到第二类介质管上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域为纤芯区域（第一类孔）。第一类介质管和第一类介质层之间隔离出第二类孔，第一类介质管和第二类介质管之间隔离出第三类孔。光纤纤芯具有负曲率边界，光纤具有多个反谐振层，光纤包层无节点，有效降低了泄漏损耗，光纤无横向节点引起的损耗峰值，增加了传输带宽。另外，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，可有效传输高功率激光和太赫兹波。

Description

一种反谐振空芯光纤
技术领域
本发明涉及光纤设计领域，尤其涉及一种反谐振空芯光纤。
背景技术
光纤的应用可以实现高速大容量的通信，是一种必不可少的信息传输技术。随着光纤传输技术的发展，反谐振空芯光纤在实现高带宽、低损耗光传输方面越来越占据主导地位。这种光纤是中空的，传输的光信号的速率可以比传统的实芯光纤高30%，能够达到99.7%的光速，这也使得它成为光纤通信、激光、非线性光学等领域发展的重要驱动力。
研究人员希望AR-HCF能像HC-PBGF一样，通过简单增加反谐振层数来降低损耗。随后，人们发现在反谐振层的介质管内部嵌套多层介质管可使得限制损耗低于表面散射损耗，而由于目前的制备条件不够发达，每个介质层的厚度、位置以及形状都难以精确控制。W. J. Belardi等人[W. Belardi, Design and properties of hollow antiresonantfibers for the visible and near infrared spectral range. J. Lightw. Technol.,2015, 32:4497~4503]制备的嵌套型负曲率空芯光纤，损耗为175dB/km，由于包层中两介质管的壁厚相差较大，且小的介质环位置和大小不一，影响了其光纤特性。2018年，北京工业大学的汪滢滢等人[Shou-fei Gao, Ying-ying Wang, Wei Ding, et al. Hollow-coreconjoined-tube negative-curvature fibre with ultralow loss[J]. NatureCommunications, 2018, 9(1)]发表了一种带有节点的连接管型多谐振层AR-HCF结构，研究者没有试图去掉包层节点，而是通过精密控制来减弱节点处包层模与纤芯模耦合对光纤损耗的不利影响，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芯光纤。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种反谐振空芯光纤，光纤由第一类介质管1、第一类介质层2和第二类介质管3组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，第一类介质管1和第一类介质层2均连接到第二类介质管3上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔4，即为所述的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2之间隔离出第二类孔5，第一类介质管1和第二类介质管3之间隔离出第三类孔。
其中，所述第一类介质管1和第二类介质管3通过相切的方式连接。
其中，所述的第一类介质层1的两端与第二类介质管3相连接，两连接点分别与第一类介质管1和第二类介质管3的两个连接点在同一位置。
其中，所述第一类介质层的横截面为矩形或弧形。
其中，所述第二类介质管的数目为3、4、5或6。
其中，所述第二类介质管的数目为3、4、5或6。
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。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种反谐振空芯光纤，光纤纤芯具有负曲率边界，光纤具有多个反谐振层，光纤包层无节点，有效降低了限制损耗，光纤无横向节点引起的损耗峰值，增加了传输带宽。另外，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，可有效传输高功率激光和太赫兹波。数值仿真结果显示：运转波长在1.03μm-1.66μm波段内，纤芯基模的限制损耗均可低于0.1dB/km，带宽为630nm，模式能量在空气中的分布比例可高于99.9%。
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提供的反谐振空芯光纤的结构示意图；
图2为本发明实施例2提供的反谐振空芯光纤的结构示意图；
图3为本发明实施例3提供的反谐振空芯光纤的结构示意图；
图4为本发明实施例4提供的反谐振空芯光纤的结构示意图；
附图中附图标记所对应的名称为：1-第一类介质管，2-第1类介质层，3-第二类介质管，4-第一类孔，5-第二类孔，6-第三类孔。
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芯光纤，如图1所示，光纤由第一类介质管1、第一类介质层2和第二类介质管3组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，第一类介质管1和第一类介质层2均连接到第二类介质管3上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔4，即为所述的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2之间隔离出第二类孔5，第一类介质管1和第二类介质管3之间隔离出第三类孔。
所述第一类介质管1和第二类介质管3通过相切的方式连接；所述的第一类介质层1的两端与第二类介质管3相连接，两连接点分别与第一类介质管1和第二类介质管3的两个连接点在同一位置。所述第一类介质层的横截面为矩形；所述第二类介质管的数目为3；所述第二类介质管的数目为3；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。
在波长1.06μm 处，第一类介质管的外层介质管的长半轴为40μm，短半轴与长半轴的比值为0.34，所有介质管的厚度均为0.42 μm，数值仿真获得的基模的限制损耗为0.044dB/km。其在近红外波段的限制损耗最低可至0.0066dB/km，运转波长在1.03μm-1.66μm波段内，纤芯基模的限制损耗均可低于0.1dB/km，带宽为630nm。
实施例2
本发明提供了一种多谐振层空芯光纤，如图2所示，光纤由第一类介质管1、第一类介质层2和第二类介质管3组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域，第一类介质管1和第一类介质层2均连接到第二类介质管3上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔4，即为所述的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2之间隔离出第二类孔5，第一类介质管1和第二类介质管3之间隔离出第三类孔。
所述第一类介质管1和第二类介质管3通过相切的方式连接；所述的第一类介质层1的两端与第二类介质管3相连接，两连接点分别与第一类介质管1和第二类介质管3的两个连接点在同一位置。所述第一类介质层的横截面为弧形；所述第二类介质管的数目为3；所述第二类介质管的数目为3；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。
实施例3
本发明提供了一种多谐振层空芯光纤，如图3所示，光纤由第一类介质管1、第一类介质层2和第二类介质管3组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2均连接到第二类介质管3上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔4，即为所述的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2之间隔离出第二类孔5，第一类介质管1和第二类介质管3之间隔离出第三类孔。
所述第一类介质管1和第二类介质管3通过相切的方式连接；所述的第一类介质层1的两端与第二类介质管3相连接，两连接点分别与第一类介质管1和第二类介质管3的两个连接点在同一位置。所述第一类介质层的横截面为矩形；所述第二类介质管的数目为4；所述第二类介质管的数目为4；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。
实施例4
本发明提供了一种多谐振层空芯光纤，如图4所示，光纤由第一类介质管1、第一类介质层2和第二类介质管3组成，包括高折射率的包层区域和低折射率的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2均连接到第二类介质管3上。第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔4，即为所述的纤芯区域。第一类介质管1和第一类介质层2之间隔离出第二类孔5，第一类介质管1和第二类介质管3之间隔离出第三类孔。
所述第一类介质管1和第二类介质管3通过相切的方式连接；所述的第一类介质层1的两端与第二类介质管3相连接，两连接点分别与第一类介质管1和第二类介质管3的两个连接点在同一位置。所述第一类介质层的横截面为矩形；所述第二类介质管的数目为6；所述第二类介质管的数目为6；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。
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 (4)

1.一种反谐振空芯光纤，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：光纤由第一类介质管(1)、第一类介质层(2)和第二类介质管(3)组成，第一类介质管(1)和第一类介质层(2)均连接到第二类介质管(3)上，第一类介质管(1)和第二类介质管(3)通过相切的方式连接，第一类介质层(2)的两端与第二类介质管(3)相连接，两连接点分别与第一类介质管(1)和第二类介质管(3)的两个连接点在同一位置；第一类介质管靠近芯区的外壁包围的区域形成第一类孔(4)，即为所述的纤芯区域；第一类介质管(1)和第一类介质层(2)之间隔离出第二类孔(5)，第一类介质管(1)和第二类介质管3之间隔离出第三类孔(6)。
2.根据权利要求1所述的一种反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一类介质层的横截面为矩形或弧形。
3.根据权利要求1所述的一种反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一类介质管的数目为3、4、5或6。
4.根据权利要求1所述的一种反谐振空芯光纤，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。
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