CN1412584A - 一种空芯光纤 - Google Patents

Abstract

空芯光纤属于光电子材料领域，是传输可见光及近红外光的光波导，也是粒子导管。本发明的空芯光纤其主要特征是在各个方向上有一对或数对近似直角样(截角)棱镜或其层状结构，或者是等径圆柱构成的密堆积或松排列周期或非周期层状结构。光主要沿纵向传输，在横向，光在包层结构中经两次或多次(近似)全反射，返至空芯区，由此限制光束发散而形成导模。该光纤非线性效应小，损耗小，单模工作的波长范围大，可传输超短脉冲，或制作其它光电器件。

Description

一种空芯光纤

一、技术领域

空芯光纤属于光电子材料领域，是传输可见光及近红外光范围的波导，也可作粒子导管。

二、技术背景

空芯光纤的优点是以空气或其他气体、液体为光的主要传输介质，它的材料色散小，吸收小，非线性小，是接近理想的光波导，可用于传输光和用于制作各种光电子器件、气液体传感器及原子导管等。现有的空芯光纤有三类：第一类是用玻璃做的空芯光纤。它在空芯区不能形成导模，损耗很大。第二类是涂复型空芯光纤。在光纤外围或内层涂上反射膜，这种反射膜由金属(如银)或其他材料(如二氧化锗)等组成。它的缺点是：反射膜在可见光及近红外区吸收很大，致使光纤损耗很大。第三类是光子晶体光纤(光子带隙光纤)或多孔光纤。它的空芯区外围是多孔圆柱型介质，它是靠光在多孔上多次折射和反射(Bragg反射)，限制光束扩展至光纤外。它有待解决的问题是损耗大，空芯区面积小。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种能限制光束扩散、传输损耗小的空芯光纤，它能靠两次或多次(近似)全内反射(如近似直角棱镜或圆柱镜)约束光束扩展，使光束返回空芯区。

本发明提供的一种空芯光纤，它由空芯区、包层结构、和保护套管构成，其特征是该光纤的横截面上，包层结构是由高折射率材料的直角棱镜四边形与棱镜外的空间构成，横向光从芯区出发射向包层结构，在包层结构中形成两次全内反射后，再射回芯区，形成导模。

所述包层结构可以是含有方形排列的直角三角形小孔结构，它的两相邻孔的相邻直角边外的介质，构成截角的直角棱镜。

所述包层结构也可以是等径圆柱介质排成的密堆积结构或松排列结构。

总之，所述包层结构是能使芯区来的横向光，经二次或多次全反射，再返回芯区的结构。

所述芯区的截面形状是方形、矩形、多边形或圆形，所述包层结构的介质截面形状是方形、圆形、多边形或多孔结构。

所述包层结构可以是一层、两层或多层，这样可使反射效率提高。也可以是径向或角向周期结构或非周期结构。

所述芯区的材料可以是空气、真空、其它气体(如稀有气体作倍频用或其它被测气体)、或液体(如高非线性介质或其它被测液体)；所述包层结构的介质是低吸收光、高折射率的塑料、玻璃或石英玻璃，所述保护套管是塑料或其它不透光材料。

与现有技术相比本发明空芯光纤具有明显的优点和效果。由于本发明的空芯光纤其主要特征是在各个方向上有一对或数对近似直角样(截角)棱镜或其层状结构，或者是等径圆柱构成的密堆积或松排列层状结构，光主要沿纵向传输，在横向，光在包层结构中经两次或多次(近似)全反射，返至空芯区，由此限制光束发散而形成导模。该光纤非线性效应小，损耗小，单模工作的波长范围大，可传输超短脉冲，或制作其它光电器件。

四、附图说明

图1是本发明的一种直角棱镜空芯光纤横截面结构示意图。

图2是本发明的一种多孔空芯光纤横截面结构示意图。

图3是本发明的一种圆柱密堆积空芯光纤横截面结构示意图。

图4是本发明的一种圆棒松排列空芯光纤横截面结构示意图。

五、实施方式

以下对照附图对本发明作进一步说明。

直角棱镜空芯光纤(图1所示)。它由空芯区1、包层结构2、和保护套管4构成，其特征是该光纤的横截面上，包层结构2是由高折射率材料的直角棱镜四边形与棱镜外的空间3构成，光主要沿纵向传输，而横向光从芯区1出发射向包层结构2，在包层结构中形成两次全内反射后，再射回芯区1，形成导模。

多孔空芯光纤(见图2)，它的包层结构2是含有多个方形排列的直角三角形小孔结构3，它的两相邻孔的相邻直角边外的介质，构成截角的直角棱镜或近似直角棱镜。方形排列的直角三角形小孔可以有若干层结构，每层小孔错开一定位置，并在最外层设置成倒置的三角形，它可使光线形成全反射。

圆柱密堆积空芯光纤(见图3)，它的包层结构2是等径圆柱介质排成的密堆积层状结构。即在第一、二、三层圆柱的凸出部位正好对准相邻密堆积层的凹陷部位，中间有较低折射率和较低熔点的介质粘结。两层间形成近似三角形的中空区域。第四层的圆棒中心与第三层的圆棒中心对齐。

圆棒松排列空芯光纤(见图4)，即围绕芯区排列若干层等径圆柱介质。

实施本发明可采用以下工艺进行：

对于塑料光纤：直角棱镜空芯光纤可一次成型。

对于玻璃光纤：

1.直角棱镜空芯光纤。可用模压法制备玻璃光纤预制棒，抛光全反射面，拉丝，加套。

2.近似直角多孔空芯光纤。①、先压制成方形单元，再压合成4块或3块一组，或14根三角形玻璃棒，中间留下两孔，用方形热压合成一组，或者用模具浇注，形成带孔的单元。拉丝。②、按设计将一次丝再压合成予制棒。③、最后再按设计拼排，压合，拉丝，加套。

3.圆柱形介质合成空芯光纤，可将6根玻璃圆棒密堆积，其中二层间填以低熔点、低折射率透明玻璃棒部分填塞，热压成六角形柱形棒。将其一次拉丝后，按设计热压成双层或多层的六角形柱形棒，再拉丝成型。也可以做一空芯玻璃圆柱光纤，外面松排均匀玻璃细圆丝，最外面围以塑料套管。

Claims (6)

1.一种空芯光纤，它由空芯区(1)、包层结构(2)、和保护套管(4)构成，其特征在于该光纤的横截面上，包层结构(2)是由高折射率材料的直角棱镜四边形与棱镜外的空间(3)构成，横向光从芯区(1)出发射向包层结构(2)，在包层结构中形成两次全内反射后，再射回芯区(1)，形成导模。

2.根据权利要求1所述的一种空芯光纤，其特征在于它的包层结构(2)可以是含有多个方形排列的直角三角形小孔结构(3)，它的两相邻孔的相邻直角边外的介质，构成截角的直角棱镜。

3.根据权利要求1所述的一种空芯光纤，其特征在于它的包层结构(2)也可以是等径圆柱介质排成的密堆积结构或松排列结构。

4.根据权利要求1～3所述的一种空芯光纤，其特征在于所述芯区(1)的截面形状是方形、矩形、多边形或圆形，所述包层结构(2)的介质截面形状是方形、圆形、多边形或多孔结构。

5.根据权利要求1～3所述的一种空芯光纤，其特征在于所述包层结构(2)可以是一层、两层或多层，可以是径向或角向周期结构或非周期结构。

6.根据权利要求1～3所述的一种空芯光纤，其特征在于芯区(1)的材料可以是空气、真空或其它气体，所述包层结构(2)的介质是对光低吸收、高折射率的塑料、玻璃或石英玻璃，所述保护套管(4)是塑料或其它不透光材料。

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