CN115508943A - 一种空芯反谐振光纤 - Google Patents

一种空芯反谐振光纤 Download PDF

Info

Publication number
CN115508943A
CN115508943A CN202211308769.0A CN202211308769A CN115508943A CN 115508943 A CN115508943 A CN 115508943A CN 202211308769 A CN202211308769 A CN 202211308769A CN 115508943 A CN115508943 A CN 115508943A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nested
cladding region
tubes
tube
optical fiber
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.)
Pending
Application number
CN202211308769.0A
Other languages
English (en)
Inventor
施伟华
蔡萌雅
娄跃
顾钰颖
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Posts and Telecommunications filed Critical Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority to CN202211308769.0A priority Critical patent/CN115508943A/zh
Publication of CN115508943A publication Critical patent/CN115508943A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
    • 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
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
    • G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
    • G02B6/02328—Hollow or gas filled core

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种空芯反谐振光纤，包括纤芯区域和包层区域；包层区域包括内包层区域和外包层区域；外包层区域包覆内包层区域和纤芯区域；内包层区域包覆纤芯区域；外包层区域呈管状；内包层区域包括嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管；嵌套外管设有多个，呈环形阵列均匀分布，与外包层区域的内表面固定；第一嵌套内管固定在嵌套外管内；第二嵌套内管的数量为嵌套外管数量的两倍，两两一组，嵌入第一嵌套内管和嵌套外管之间。本发明提供的空芯反谐振光纤能够在1.45‑1.75μm波段内能够同时实现低限制损耗与低弯曲损耗。

Description

一种空芯反谐振光纤
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种空芯反谐振光纤。
背景技术
空芯光纤因其传输延迟小、瑞利散射小、非线性系数小等优点而受到广泛研究。其中限制损耗低及色散平坦的空芯反谐振光纤能够满足长距离传输的要求，而短距离接入的空芯反谐振光纤要求其具有优良的抗弯曲特性，兼顾以上两点的空芯反谐振光纤便有望替代目前的普通石英光纤。空芯光纤主要包括光子带隙光纤以及空芯反谐振光纤(Hollow-core anti-resonant fiber，HC-ARF)。HC-ARF由单层或多层反谐振管组成，其传导机制结合了反谐振式反射波导模型与限制耦合模型。不同于光子带隙光纤具有的复杂包层结构，HC-ARF包层结构简单，传输损耗更低。受光纤结构的限制，光子带隙光纤损耗难以降到1dB/km以下。而由于反谐振特性，HC-ARF具有更低的表面散射损耗、更宽的传输带宽和低光介质重叠，由此它成为近年来空芯光纤领域最为热门的研究方向。
在现有研究中，低限制损耗的空芯反谐振光纤往往使用负曲率、无节点、嵌套管的结构，且增加反谐振层可以进一步降低限制损耗。而对比限制损耗，弯曲损耗相关研究较少。能在较宽的波长范围内兼顾长距离传输的低限制损耗要求与短距离接入的抗弯曲要求的空芯反谐振光纤成为研究热点。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种空芯反谐振光纤，能够在1.45-1.75μm波段内同时实现低限制损耗与低弯曲损耗。
为解决现有技术的不足，本发明提供的技术方案为：
一种空芯反谐振光纤，包括低折射率的纤芯区域和高折射率的包层区域；
所述包层区域包括内包层区域和外包层区域；所述外包层区域包覆所述内包层区域和纤芯区域；内包层区域包覆纤芯区域；
外包层区域呈管状；
内包层区域包括嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管；
所述嵌套外管设有多个，彼此间隔，呈环形阵列均匀分布，与外包层区域的内表面固定；
所述第一嵌套内管与嵌套外管一一对应，固定在嵌套外管内，外包层区域的圆心、嵌套外管的圆心以及第一嵌套内管的圆心共线，第一嵌套内管、嵌套外管的连接点与嵌套外管与外包层区域的连接点对应；
所述第二嵌套内管的数量为嵌套外管数量的两倍，两两一组，嵌入第一嵌套内管和嵌套外管之间。
优选的，所述嵌套外管的数量为4-8。
优选的，所述嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管的厚度相同。
优选的，所述嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管的厚度为0.34-0.39μm。
优选的，所述外包层区域的厚度为5-10μm。
优选的，所述纤芯区域的直径为40-60μm。
优选的，所述嵌套外管与纤芯区域的直径之比为0.4-0.6。
优选的，所述第一嵌套内管与嵌套外管直径之比为0.5-0.8。
优选的，所述外包层区域、嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管由SiO2制成，外包层区域内部、嵌套外管内部、第一嵌套内管内部以及第二嵌套内管内部均填充气体或液体。
优选的，所述外包层区域内部、嵌套外管内部、第一嵌套内管内部以及第二嵌套内管内部均填充空气。
本发明的有益效果：
本发明结合了反谐振式反射波导模型与限制耦合模型，通过在无节点嵌套外管的基础上增加反谐振层(第二嵌套内管)降低限制损耗与弯曲损耗，在较宽的波长范围内兼顾了长距离传输的低限制损耗要求与短距离接入的抗弯曲要求。本发明提供的空芯反谐振光纤可以实现在1.45-1.75μm范围内限制损耗低于0.25dB/km，1550nm处限制损耗为0.08dB/km，此时的色散绝对值为0.22ps/(nm·km)，当弯曲半径为15cm时，1550nm处对应的弯曲损耗为0.09dB/km。
附图说明
图1为本发明提供空芯反谐振光纤的结构图；
图2为实施例一中空芯反谐振光纤的模场分布仿真图；
图3为实施例一与对比例一中空芯反谐振光纤的限制损耗随波长变化对比图；
图4为实施例一与对比例一中空芯反谐振光纤在弯曲半径为15cm时的弯曲损耗随波长变化对比图；
图5为实施例一中空芯反谐振光纤的色散随波长变化时关系图；
其中：1、纤芯区域；2、外包层区域；3、内包层区域；4、第二嵌套内管；5、第一嵌套内管；6、嵌套外管。
具体实施方式
下面结合实施方式对本发明作进一步描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供一种空芯反谐振光纤，参见图1，包括低折射率的纤芯区域1和高折射率的包层区域；高折射率的包层区域包括内包层区域3和外包层区域2；外包层区域2包覆内包层区域3和纤芯区域1；内包层区域3包覆纤芯区域1；外包层区域2呈管状；内包层区域3包括嵌套外管6、第一嵌套内管5和第二嵌套内管4；嵌套外管6设有多个，彼此间隔，呈环形阵列均匀分布，与外包层区域2的内表面接触并固定；第一嵌套内管5与嵌套外管6一一对应，接触并固定在嵌套外管6内，外包层区域2的圆心、嵌套外管6的圆心以及第一嵌套内管5的圆心共线，第一嵌套内管5、嵌套外管6的连接点与嵌套外管6与外包层区域2的连接点对应；第二嵌套内管4的数量为嵌套外管6数量的两倍，两两一组，嵌入第一嵌套内管5和嵌套外管6之间，并与第一嵌套内管5、嵌套外管6接触并固定连接。
在本发明的可选实施例中，参见图1，嵌套外管6、第一嵌套内管5和第二嵌套内管4的厚度相同。
在本发明的可选实施例中，外包层区域、嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管采用高折射率物质制成，如SiO2。SiO2具有良好的化学稳定性、优秀的机械强度、较小的传输损耗及弯曲损耗等优点。外包层区域内部、嵌套外管内部、第一嵌套内管内部以及第二嵌套内管内部均填充低折射率物质，如气体或液体，优选空气。
在本发明的可选实施例中，参见图1，嵌套外管6的数量为4-8，优选为8。
纤芯区域的直径D根据实际情况选定，参考取值为40-60μm。嵌套外管6、第一嵌套内管5和第二嵌套内管4的厚度t可选范围为0.34-0.39μm，优选为0.35μm。嵌套外管6内径记为d，第一嵌套内管5内径记为d1，第二嵌套内管4内径记为d2。第二嵌套内管4圆心、嵌套外管6圆心构成的连线与嵌套外管6的圆心、纤芯区域1的圆心的连接的夹角α可选范围为20-60°，优选为30°。嵌套外管6直径d与纤芯区域1的直径D的比值k可选范围为0.4-0.6，优选为0.55。第一嵌套内管直径d1与嵌套外管直径d之比k1可选范围为0.5-0.8，优选为0.55。外包层区域2的厚度范围为5-10μm。任意两个相邻的嵌套外管6间的间隙g不宜过大，上限为10μm且不应为0，在保证无节点的情况下尽可能的减小间隙。
嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管的厚度t满足下述反谐振公式，从而实现利用反谐振反射波导原理进行低损耗传播：
Figure BDA0003907050570000031
其中，t为嵌套外管6、第一嵌套内管5和第二嵌套内管4的厚度，m表示反谐振阶数，可取1或2，λ表示波长，n1为嵌套外管等高折射率物质的折射率，n0为纤芯区域等低折射率物质的折射率。
本发明提供的空芯反谐振光纤可采用堆叠-拉丝技术制备。
实施例一
空芯反谐振光纤如图1所示，包括低折射率的灰色区域与高折射率的黑色区域、黑色线条。嵌套外管6的数量为8。目标传输波段为1.45-1.75μm，目标传输窗口(即带宽)为300nm，选取的参数为D＝60μm，t＝0.35μm，d＝33μm，d1＝18.15μm，d2＝1.01μm，α＝30°，外包层区域2厚度为8μm。外包层区域2、嵌套外管6、第一嵌套内管5和第二嵌套内管4采用SiO2制成。外包层区域2内部、嵌套外管6内部、第一嵌套内管5内部以及第二嵌套内管5内部均填充空气。
对比例一
对比例一与实施例一的区别仅在于无第二嵌套内管4，其余的设置完全一致。
通过基于有限元法的COMSOL Multiphysics仿真软件对空芯反谐振光纤的模场进行仿真，得到空芯反谐振光纤的模场分布、限制损耗、弯曲损耗、有效折射率和对应波长。在matlab中经过运算通过有效折射率和对应波长得到空芯反谐振光纤的色散随波长的变化关系，设置的波长范围为1.4-1.8μm，色散的边界数值为-80、100。
从图2可看出实施例一制备的空芯反谐振光纤传输时能量集中于纤芯区域，表明光被束缚在纤芯区域内。
实施例一和对比例一的限制损耗谱如图3所示，横坐标为波长，纵坐标为基模(LP01)的限制损耗。从图3可看出，增加第二嵌套内管后，空芯反谐振光纤的限制损耗大大降低。
实施例一和对比例一的弯曲损耗谱如图4所示，横坐标为波长，纵坐标为基模(LP01)的弯曲损耗。从图4可看出，增加第二嵌套内管后，空芯反谐振光纤的弯曲损耗大大降低。
实施例一的空芯反谐振光纤的色散随波长变化时关系图如图5所示，横坐标为波长，纵坐标为色散。对比例一的空芯反谐振光纤的色散值与实施例一一致，图中未示出。从图5可看出，本实施例提供的空芯反谐振光纤具备色散平坦特性，且增加第二嵌套内管未增加空芯反谐振光纤的色散值。
可见，本实施例提供的空芯反谐振光纤，在具有较宽带宽(300nm)的同时，兼顾了低弯曲损耗与低限制损耗，同时具备色散平坦特性。
以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种空芯反谐振光纤，其特征在于，包括低折射率的纤芯区域和高折射率的包层区域；
所述包层区域包括内包层区域和外包层区域；所述外包层区域包覆所述内包层区域和纤芯区域；内包层区域包覆纤芯区域；
外包层区域呈管状；
内包层区域包括嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管；
所述嵌套外管设有多个，彼此间隔，呈环形阵列均匀分布，与外包层区域的内表面固定；
所述第一嵌套内管与嵌套外管一一对应，固定在嵌套外管内，外包层区域的圆心、嵌套外管的圆心以及第一嵌套内管的圆心共线，第一嵌套内管、嵌套外管的连接点与嵌套外管与外包层区域的连接点对应；
所述第二嵌套内管的数量为嵌套外管数量的两倍，两两一组，嵌入第一嵌套内管和嵌套外管之间。
2.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述嵌套外管的数量为4-8。
3.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管的厚度相同。
4.根据权利要求3所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管的厚度为0.34-0.39μm。
5.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述外包层区域的厚度为5-10μm。
6.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述纤芯区域的直径为40-60μm。
7.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述嵌套外管与纤芯区域的直径之比为0.4-0.6。
8.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述第一嵌套内管与嵌套外管直径之比为0.5-0.8。
9.根据权利要求1所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述外包层区域、嵌套外管、第一嵌套内管和第二嵌套内管由SiO2制成，外包层区域内部、嵌套外管内部、第一嵌套内管内部以及第二嵌套内管内部均填充气体或液体。
10.根据权利要求9所述的一种空芯反谐振光纤，其特征在于，所述外包层区域内部、嵌套外管内部、第一嵌套内管内部以及第二嵌套内管内部均填充空气。
CN202211308769.0A 2022-10-25 2022-10-25 一种空芯反谐振光纤 Pending CN115508943A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211308769.0A CN115508943A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种空芯反谐振光纤

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211308769.0A CN115508943A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种空芯反谐振光纤

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115508943A true CN115508943A (zh) 2022-12-23

Family

ID=84513218

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211308769.0A Pending CN115508943A (zh) 2022-10-25 2022-10-25 一种空芯反谐振光纤

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115508943A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117369046A (zh) * 2023-12-08 2024-01-09 南京信息工程大学 一种中红外色散平坦的空芯反谐振光纤

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117369046A (zh) * 2023-12-08 2024-01-09 南京信息工程大学 一种中红外色散平坦的空芯反谐振光纤
CN117369046B (zh) * 2023-12-08 2024-02-09 南京信息工程大学 一种中红外色散平坦的空芯反谐振光纤

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111257992B (zh) 一种兼具单模传输和低弯曲损耗特性的反谐振光纤
WO2007043277A1 (ja) 光ファイバおよび光伝送媒体
CN112526669B (zh) 一种空心反谐振光纤
CN109212662B (zh) 一种多谐振层空心光纤
JP2007536580A (ja) 長波長用純シリカ製コアシングルモードファイバ及び該ファイバを形成する方法
CN113311533B (zh) 一种反谐振空芯光纤
JP5227804B2 (ja) 光ファイバおよび光導波路
CN112230329A (zh) 一种单偏振低损耗空芯负曲率光纤
WO2020248552A1 (zh) 一种超低衰减大有效面积的单模光纤
CN108333671A (zh) 抗弯曲多模光纤
CN115508943A (zh) 一种空芯反谐振光纤
US20110026890A1 (en) Holey fibers
US20110091176A1 (en) Holey fibers
CN117369043B (zh) 一种低非线性系数的空芯反谐振光纤
CN205333906U (zh) 一种少模光纤
CN113067572B (zh) 一种温控开关效应的联结型液芯反谐振光纤及其应用
CN114721084B (zh) 一种基于混合包层的高性能空芯光子晶体光纤
CN109031517B (zh) 一种矩形空心光纤
CN113126202B (zh) 一种银杏叶形状包层的空芯反谐振光纤
CN113126203B (zh) 一种月牙形状包层的嵌套型空芯反谐振光纤
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
CN213482499U (zh) 一种新型多模式轨道角动量长距离传输光纤
WO2011093349A1 (ja) 光ファイバ
JP5356466B2 (ja) ホーリーファイバ

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