KR20210126761A - Photonic crystal optical fiber, its preform, manufacturing method and application - Google Patents

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Abstract

광자 결정 광섬유, 그 프리폼, 제조 방법 및 응용을 개시한다. 상기 프리폼은 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트(1), 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트(2), 내부 클래딩층 유리 튜브(3) 및 외부 클래딩층 유리 튜브(5)를 포함하고, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트(1)는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.09 %이고, 직경이 1 ~ 4 mm이며; 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트(2)는 외경이 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 같고, 클래딩층, 및 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %인 코어층을 포함하며, 상기 클래딩층 재료와 상기 내부 클래딩층 튜브(3) 재료가 같고; 상기 내부 클래딩층 유리 튜브(3)는 두께가 2 mm 내지 20 mm 사이이고, 상대 굴절률 차이 △3이 0.08 % ~ 0.1 %이며, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브(5)는 두께가 30 mm 내지 90 mm 사이이고, 등가 굴절률이 1.22 ~ 1.25이다. 광섬유는 펌프광에 대한 흡수율이 높아 필요한 파장 대역의 신호광으로 변환함과 동시에 큰 모드 필드 면적을 얻을 수 있고 빔 품질이 우수하다.A photonic crystal optical fiber, its preform, manufacturing method and application are disclosed. The preform comprises a glass filament (1) for forming a core, a glass filament (2) for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube (3) and an outer cladding layer glass tube (5), , the glass filament 1 for forming the core has a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.09%, and a diameter of 1 to 4 mm; The glass filament 2 for forming the inner cladding layer fluorine doping unit has an outer diameter equal to the glass filament for forming the core, a cladding layer, and a core layer having a relative refractive index difference Δ2 of -0.14% to -0.82% wherein the cladding layer material and the inner cladding layer tube (3) material are the same; The inner cladding layer glass tube 3 has a thickness between 2 mm and 20 mm, the relative refractive index difference Δ3 is between 0.08% and 0.1%, and the outer cladding layer glass tube 5 has a thickness between 30 mm and 90 mm. and has an equivalent refractive index of 1.22 to 1.25. The optical fiber has a high absorption rate for pump light, so it can be converted into signal light of a required wavelength band, and at the same time, a large mode field area can be obtained and the beam quality is excellent.

Description

광자 결정 광섬유, 그 프리폼, 제조 방법 및 응용Photonic crystal optical fiber, its preform, manufacturing method and application

본 발명은 광학 및 레이저 광전자 분야에 속하며, 보다 상세하게는 광자 결정 광섬유, 그 프리폼 및 제조 방법에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of optics and laser optoelectronics, and more particularly relates to a photonic crystal optical fiber, a preform thereof and a manufacturing method thereof.

최근 몇 년 동안 광섬유 레이저의 급속한 발전으로 레이저 출력 파워를 높이는 방법이 연구 핫스팟 중 하나이다. 비선형 효과와 열 손상은 광 파워의 추가 혁신을 위한 병목 현상이며 이 두 가지 문제를 해결하는 핵심 방법 중 하나는 광섬유의 코어 직경을 늘리는 것이지만 클래딩층의 흡수 계수와 변환 효율을 희생하지 않으면서 빔 품질을 크게 저하시키는 경향이 있어 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유가 탄생하였다. 종래의 광자 결정 광섬유의 클래딩층은 주기적으로 배열된 기공으로 구성되는 것이 대다수이다.With the rapid development of fiber lasers in recent years, the method of increasing the laser output power is one of the research hotspots. Nonlinear effects and thermal damage are bottlenecks for further innovation in optical power, and one of the key ways to solve these two problems is to increase the core diameter of the optical fiber, but the beam quality without sacrificing the absorption coefficient and conversion efficiency of the cladding layer. ytterbium-doped photonic crystal optical fiber was born. The cladding layer of the conventional photonic crystal optical fiber is mostly composed of periodically arranged pores.

그러나, 이러한 주기적으로 배열된 기공은 두 가지 문제를 야기할 수 있는데, 첫째, 클래딩층의 굴절률이 감소하고, 코어와 클래딩층의 굴절률 차이가 너무 크다는 단점이 있고, 둘째, 인발 시 기공을 형성하는 모세관이 무너지기 쉽기 때문에 수율이 낮고, 빔 출력 품질이 좋지 못하다. 아울러 공기의 열전도율은 일반적이며 고출력 응용 시나리오에서 열 관리가 더 어렵다.However, such periodically arranged pores may cause two problems: first, the refractive index of the cladding layer decreases, the difference in refractive index between the core and the cladding layer is too large, and second, the formation of pores during drawing Because the capillary is easily broken, the yield is low, and the quality of the beam output is poor. In addition, the thermal conductivity of air is common and thermal management is more difficult in high-power application scenarios.

종래 기술에 존재하는 상기 흠결 또는 개선 요구를 감안하여, 본 발명은 광자 결정 광섬유, 그 프리폼, 제조 방법 및 응용을 제공하고, 그 목적은 고체 저굴절률 주기적 유닛으로 기공을 대체하여 굴절률 차이를 조절 가능한 고품질, 고수율의 광자 결정 광섬유를 형성하고, 그 고출력, 단일 캐비티 저손실, 빔의 고품질 에너지 전송을 통해 종래 기술의 품질 제어가 어려운 문제, 코어와 클래딩층의 굴절률 차이가 너무 크고 고출력에서 열 관리가 어려운 기술적 과제를 해결한다.In view of the above deficiencies or improvement needs existing in the prior art, the present invention provides a photonic crystal optical fiber, a preform thereof, a manufacturing method and application, the object of which is to replace the pores with a solid low refractive index periodic unit to adjust the refractive index difference Forming a high-quality, high-yield photonic crystal optical fiber, its high output, single-cavity low loss, and high-quality energy transmission of the beam make it difficult to control the quality of the prior art, the difference in refractive index between the core and the cladding layer is too large Solve difficult technical challenges.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면 광자 결정 광섬유 프리폼을 제공하고, 이는 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 유리 튜브 및 외부 클래딩층 유리 튜브를 포함하고, In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a photonic crystal optical fiber preform, which comprises a glass filament for forming a core, a glass filament for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube and an outer cladding layer glass tube;

상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.09 %이고, 직경이 1 ~ 4 mm이며; The glass filaments for forming the core have a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.09%, and a diameter of 1 to 4 mm;

내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 외경이 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 같고, 클래딩층, 및 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %인 코어층을 포함하며, 상기 클래딩층 재료와 상기 내부 클래딩층 튜브 재료가 같고; 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클 f는 0.085 ~ 0.09이며, 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클은 아래 방법으로 계산되고, The glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit has an outer diameter equal to the glass filament for forming the core, and includes a cladding layer, and a core layer having a relative refractive index difference Δ2 of -0.14% to -0.82%, the cladding layer material and the inner cladding layer tube material are the same; The duty cycle f of the fluorine doping unit is 0.085 to 0.09, and the duty cycle of the fluorine doping unit is calculated in the following way,

Figure pct00001
Figure pct00001

상기 식에서, d F 는 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 내경이고, d 1 은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 외경이며; where d F is the inner diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit, d 1 is the outer diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit;

상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 2 mm 내지 20 mm 사이이고, 상대 굴절률 차이 △3이 0.08 % ~ 0.1 %이며, the inner cladding layer glass tube has a thickness between 2 mm and 20 mm, and the relative refractive index difference Δ3 is between 0.08% and 0.1%,

상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 30 mm 내지 90 mm 사이이고, 외부 클래딩층 유리 튜브는 순수 실리카 유리관이며, the outer cladding layer glass tube has a thickness between 30 mm and 90 mm, the outer cladding layer glass tube is a pure silica glass tube,

상기 내부 클래딩층 유리 튜브, 외부 클래딩층 유리 튜브는 동심원으로 중첩되고, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 내부 클래딩층 유리 튜브 중심에 위치하며, 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 내부 클래딩층 튜브 사이에 위치한다.The inner cladding layer glass tube and the outer cladding layer glass tube are concentrically overlapped, the glass filament for forming the core is located at the center of the inner cladding layer glass tube, and the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit is positioned between the glass filament for forming the core and the inner cladding layer tube.

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유 프리폼에 있어서, 상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 22 ~ 37.5 mm이고, 외경이 45 ~ 50 mm이며; 그 내경은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 외경 및 층수와 아래 관계를 가지고, Preferably, in the photonic crystal optical fiber preform, the inner cladding layer glass tube has an inner diameter of 22 to 37.5 mm and an outer diameter of 45 to 50 mm; The inner diameter has the following relationship with the outer diameter and the number of layers of the glass filament of the inner cladding layer fluorine doping unit,

Figure pct00002
Figure pct00003
,
Figure pct00002
Figure pct00003
,

상기 식에서,

Figure pct00004
은 상기 내부 클래딩층 유리 튜브의 내경이고,
Figure pct00005
은 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 층수이며,
Figure pct00006
은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 외경이고; In the above formula,
Figure pct00004
is the inner diameter of the inner cladding layer glass tube,
Figure pct00005
is the number of layers of glass filaments of the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00006
is the outer diameter of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit;

바람직하게, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 50 ~ 60 mm이고, 외경이 80 ~ 150 mm이다.Preferably, the outer cladding layer glass tube has an inner diameter of 50 to 60 mm and an outer diameter of 80 to 150 mm.

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유 프리폼에 있어서, 상기 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트는 코어의 유리 필라멘트 주변에 어레이 형상으로 밀접하게 배열되고, 코어의 유리 필라멘트는 어레이 중심에 위치하며, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 개수의 비는 0.5 ~ 3:12 사이이고, 바람직하게 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, 또는 19:162이다.Preferably, in the photonic crystal optical fiber preform, the glass filaments of the fluorine doping unit are closely arranged in an array shape around the glass filaments of the core, and the glass filaments of the core are located at the center of the array, and for forming the core The ratio of the number of glass filaments to the number of glass filaments for forming the fluorine-doped unit is between 0.5 and 3:12, preferably 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, or 19 :162.

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유 프리폼에 있어서, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽에는 저굴절률층이 구비되고, 상기 저굴절률층은 밀접하게 배열된 모세 유리관 또는 저굴절률 유리 재료층이며; 상기 모세 유리관은 내경이 2 ~ 4 μm이고, 외경이 2.5 ~ 5 mm이며, 그 양단이 밀봉되고; 상기 저굴절률층의 굴절률 또는 등가 굴절률은 1.22 ~ 1.25이다.Preferably, in the photonic crystal optical fiber preform, the outer cladding layer glass tube inner wall is provided with a low refractive index layer, wherein the low refractive index layer is a closely arranged capillary glass tube or a low refractive index glass material layer; The capillary glass tube has an inner diameter of 2 to 4 μm and an outer diameter of 2.5 to 5 mm, and both ends thereof are sealed; The refractive index or equivalent refractive index of the low refractive index layer is 1.22 to 1.25.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법을 제공하고, 이는 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the photonic crystal optical fiber preform, comprising:

(1) 몰드를 이용하여, 소정 개수의 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트 및 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 정육각형으로 적층하고 유리 필라멘트 다발로 묶음으로써, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 중심에 위치시키는 단계; (1) Using a mold, glass filaments for forming a predetermined number of fluorine doping units and glass filaments for forming a core are stacked in a regular hexagon and bundled into a bundle of glass filaments, thereby centered on the glass filaments for forming the core placing it on;

(2) 단계 (1)에서 얻은 유리 필라멘트 다발을 내부 튜브, 외부 튜브와 동심원으로 중첩시키는 단계를 포함한다. (2) concentrically overlapping the glass filament bundle obtained in step (1) with the inner tube and the outer tube.

바람직하게, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는, Preferably, the glass filament for forming the core,

라이너에 희토류 도핑 코어층을 증착하여, 코어층의 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 % 사이가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻는 방법으로 제조되고, A method of depositing a rare-earth doped core layer on a liner so that the relative refractive index difference Δ1 of the core layer is between 0.08% and 0.1%, removing the liner and drawing to obtain a glass filament for forming the core, ,

상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는, A glass filament for forming the fluorine doping unit,

라이너에 내부 클래딩층 재료를 기설정 두께만큼 증착한 다음, 불소 도핑 유리층을 증착하여, 불소 도핑 유리층의 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻는 방법으로 제조된다. The inner cladding layer material is deposited on the liner to a predetermined thickness, and then a fluorine-doped glass layer is deposited so that the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine-doped glass layer is -0.14% to -0.82%, and the liner is removed and drawn It is manufactured by a method of obtaining a glass filament for forming the fluorine doping unit through

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법에 있어서, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 밀접하게 배열된 모세 유리관을 구비할 경우, 상기 모세 유리관은, Preferably, in the method for manufacturing the photonic crystal optical fiber preform, when the inner wall of the outer cladding layer glass tube has a capillary glass tube closely arranged, the capillary glass tube comprises:

순수 실리콘 튜브를 등비율에 따라 기설정 외경의 모세관으로 인발하고, 화염으로 상기 모세관 양단을 밀봉하는 방법으로 제조되고, It is manufactured by drawing a pure silicone tube into a capillary of a preset outer diameter according to an equal ratio, and sealing both ends of the capillary with a flame,

상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 저굴절률 유리 재료층을 구비할 경우, 상기 외부 클래딩층은, When the outer cladding layer glass tube inner wall has a low refractive index glass material layer, the outer cladding layer comprises:

순수 실리카 라이너에 불소 도핑층을 증착하여 상기 외부 튜브를 얻는 방법으로 제조된다.It is manufactured by depositing a fluorine-doped layer on a pure silica liner to obtain the outer tube.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 광자 결정 광섬유를 제공하고, 이는 코어, 내부 클래딩층 및 외부 클래딩층을 포함하며, According to another aspect of the present invention, there is provided a photonic crystal optical fiber comprising a core, an inner cladding layer and an outer cladding layer,

상기 코어는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 %이고, 직경이 40 ~ 50 μm이며; the core has a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.1%, and a diameter of 40-50 μm;

상기 내부 클래딩층은 직경이 200 ~ 400 μm이고, 배경층 및 배경층에 어레이 형상으로 배열되고 코어를 밀접하게 둘러싸는 불소 도핑 유닛을 포함하며, 상기 배경층의 상대 굴절률 차이 △3은 0.08 % ~ 0.1 %이고, 상기 불소 도핑 유닛의 상대 굴절률 차이 △2는 -0.14 % ~ -0.82 %이며; The inner cladding layer has a diameter of 200 to 400 μm, and includes a background layer and fluorine doping units arranged in an array on the background layer and closely surrounding the core, and the relative refractive index difference Δ3 of the background layer is 0.08% to 0.08% 0.1%, and the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine doping unit is -0.14% to -0.82%;

상기 외부 클래딩층의 직경은 800 μm ~ 1000 μm이다.The outer cladding layer has a diameter of 800 μm to 1000 μm.

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유에 있어서, 상기 불소 도핑 유닛은 상기 내부 클래딩층에서 코어에 가까이 분산된 두께는 내부 클래딩층 두께의 1/5 내지 1/2의 영역 내이고, 그 직경은 1 ~ 1.4 μm이며, 상기 불소 도핑 유닛의 중심 사이의 거리는 11.5 ~ 16 μm이다.Preferably, in the photonic crystal optical fiber, the fluorine doping unit has a thickness dispersed close to the core in the inner cladding layer within a region of 1/5 to 1/2 the thickness of the inner cladding layer, and the diameter thereof is 1 to 1.4 μm, and the distance between the centers of the fluorine doping units is 11.5 to 16 μm.

바람직하게, 상기 광자 결정 광섬유에 있어서, 상기 코어는 이테르븀, 알루미늄, 인이 함께 도핑된 실리카층이고; Preferably, in the photonic crystal optical fiber, the core is a silica layer doped with ytterbium, aluminum, and phosphorus;

바람직하게, 상기 외부 클래딩층은 순수 실리카층 및 저굴절률층을 포함하며, 상기 저굴절률층은 외부 클래딩층의 가장 안쪽 표면에 위치하고, 그 굴절률 또는 등가 굴절률은 1.22 ~ 1.25이며, 원주 방향으로 배열된 기공 또는 저굴절률 유리 재료층으로 이루어진다. Preferably, the outer cladding layer includes a pure silica layer and a low refractive index layer, the low refractive index layer is located on the innermost surface of the outer cladding layer, and its refractive index or equivalent refractive index is 1.22 to 1.25, arranged in the circumferential direction It consists of a layer of porous or low refractive index glass material.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 이득 매질로 사용되는 것을 특징으로 하는 상기 광자 결정 광섬유의 응용을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an application of the photonic crystal optical fiber, characterized in that it is used as a gain medium.

종합하면, 본 발명의 구상에 따른 상기 과제 해결 수단은 종래 기술에 비해 아래와 같은 유익한 효과를 달성할 수 있다.In summary, the above problem solving means according to the concept of the present invention can achieve the following advantageous effects compared to the prior art.

본 발명은 코어의 굴절률, 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 굴절률, 불소 도핑 유닛의 기하학적 크기 및 공기 클래딩층의 기하학적 크기를 조절하는 것을 통해, 광섬유가 펌프광에 대한 흡수율이 높아 필요한 파장 대역의 신호광으로 변환함과 동시에 큰 모드 필드 면적을 얻을 수 있고 빔 품질이 우수하다.The present invention adjusts the refractive index of the core, the refractive index of the fluorine doping unit of the inner cladding layer, the geometric size of the fluorine doping unit, and the geometric size of the air cladding layer. At the same time, a large mode field area can be obtained and the beam quality is excellent.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유 프리폼의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단면의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단일 모드 동작 범위를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유 프리폼의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단면의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단일 모드 동작 범위를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2의 고체 상태 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 테스트 플랫폼의 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1 및 실시예 2 에 따른 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 출력 광 스폿 다이어그램이다.1 is a schematic diagram of a photonic crystal optical fiber preform doped with ytterbium in a double cladding layer according to Example 1 of the present invention.
2 is a schematic diagram of a cross-section of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium in a double cladding layer according to Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing the single-mode operation range of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium of a double cladding layer according to Example 1 of the present invention.
4 is a schematic diagram of a photonic crystal optical fiber preform doped with ytterbium in a double cladding layer according to Example 2 of the present invention.
5 is a schematic diagram of a cross-section of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium in a double cladding layer according to Example 2 of the present invention.
6 is a graph showing the single-mode operation range of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium in a double cladding layer according to Example 2 of the present invention.
7 is a schematic diagram of a test platform of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium of a solid-state double cladding layer of Examples 1 and 2 of the present invention.
8 is an output light spot diagram of a photonic crystal optical fiber doped with ytterbium in a double cladding layer according to Examples 1 and 2 of the present invention.

본 발명의 목적, 과제 해결 수단 및 장점이 보다 명확해지도록, 본 발명을 실시예와 함께 이하에서 더욱 상세하게 설명한다. 여기에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명을 설명하기 위해 사용된 것일 뿐, 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다. 또한, 이하에서 설명되는 본 발명의 다양한 실시형태에서 언급된 기술적 특징들은 서로 상충되지 않는 범위 내에서 서로 결합될 수 있다.In order that the object of the present invention, means for solving the problems, and advantages thereof may become clearer, the present invention will be described in more detail below together with examples. It should be understood that the specific examples described herein are used to illustrate the present invention, and are not intended to limit the present invention. In addition, technical features mentioned in various embodiments of the present invention described below may be combined with each other within a range that does not conflict with each other.

본 발명은 광자 결정 광섬유 프리폼을 제공하고,이는 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 유리 튜브 및 외부 클래딩층 유리 튜브를 포함하고, The present invention provides a photonic crystal optical fiber preform, comprising a glass filament for forming a core, a glass filament for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube and an outer cladding layer glass tube,

상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 %이고, 직경이 1 ~ 4 mm이며, 바람직하게 2 ~ 2.5 mm이고; 이가 형성한 코어의 직경은 3 ~ 6.5 mm이다.The glass filaments for forming the core have a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.1%, and a diameter of 1 to 4 mm, preferably 2 to 2.5 mm; The diameter of the core formed by the teeth ranges from 3 to 6.5 mm.

내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 외경이 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 같고, 클래딩층, 및 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %인 코어층을 포함하며, 상기 클래딩층 재료와 상기 내부 클래딩층 튜브 재료가 같고, 모두 배경 재료이며, 클래딩층 외경은 1 ~ 4 mm이고; 바람직하게, 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클

Figure pct00007
은 0.085 ~ 0.09이며, 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클은 아래 방법으로 계산되고, The glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit has an outer diameter equal to the glass filament for forming the core, a cladding layer, and a core layer having a relative refractive index difference Δ2 of -0.14% to -0.82%, the cladding layer material and the inner cladding layer tube material are the same, both are background materials, and the cladding layer outer diameter is 1-4 mm; Preferably, the duty cycle of the fluorine doping unit
Figure pct00007
is 0.085 ~ 0.09, and the duty cycle of the fluorine doping unit is calculated in the following way,

Figure pct00008
Figure pct00008

상기 식에서,

Figure pct00009
는 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 내경이고,
Figure pct00010
은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 외경이다. 이가 형성한 내부 클래딩층 부분 직경은 45 ~ 50 mm 사이이다.In the above formula,
Figure pct00009
is the inner diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00010
is the outer diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit. The inner cladding layer portion diameter formed by this is between 45 and 50 mm.

상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 2 mm 내지 20 mm 사이이고, 그 내경은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 외경 및 층수와 아래 관계를 가지고, the inner cladding layer glass tube has a thickness between 2 mm and 20 mm, and the inner diameter has the following relation with the outer diameter and the number of layers of the glass filaments of the inner cladding layer fluorine doping unit;

D내1 = 2n1 + d 1

Figure pct00011
, 1 in D = 2n 1 + d 1
Figure pct00011
,

상기 식에서,

Figure pct00012
은 상기 내부 클래딩층 유리 튜브의 내경이고,
Figure pct00013
은 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 층수이며,
Figure pct00014
은 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 외경이고; In the above formula,
Figure pct00012
is the inner diameter of the inner cladding layer glass tube,
Figure pct00013
is the number of layers of glass filaments of the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00014
is the outer diameter of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit;

상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 외경이 광섬유 내부 클래딩층의 직경, 광섬유의 코어 직경, 코어를 형성하기 위한 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트 층수, 내부 클래딩층을 형성하기 위한 저굴절률 불소 도핑 유닛의 외경과 아래 관계를 가지고, The inner cladding layer glass tube has an outer diameter equal to and below the diameter of the inner cladding layer of the optical fiber, the core diameter of the optical fiber, the number of ytterbium-doped glass filament layers for forming the core, and the outer diameter of the low refractive index fluorine doping unit for forming the inner cladding layer. have a relationship,

Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00015
Figure pct00016

상기 식에서,

Figure pct00017
은 상기 내부 클래딩층 유리 튜브의 외경이고,
Figure pct00018
은 상기 광섬유 내부 클래딩층의 직경이며,
Figure pct00019
는 상기 광섬유의 코어 직경이고,
Figure pct00020
는 코어를 형성하기 위한 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트 층수이며; In the above formula,
Figure pct00017
is the outer diameter of the inner cladding layer glass tube,
Figure pct00018
is the diameter of the inner cladding layer of the optical fiber,
Figure pct00019
is the core diameter of the optical fiber,
Figure pct00020
is the number of ytterbium-doped glass filament layers to form the core;

상기 내부 클래딩층을 형성하기 위한 배경 재료는 상대 굴절률 차이 △3이 0.08 % ~ 0.1 %이고, 바람직하게 Ge 도핑 실리카이며; The background material for forming the inner cladding layer has a relative refractive index difference Δ3 of 0.08% to 0.1%, preferably Ge-doped silica;

상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 30 mm 내지 90 mm 사이이고; 그 외경은 광섬유 외경, 광섬유의 코어 직경, 코어를 형성하기 위한 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트 층수, 내부 클래딩층을 형성하기 위한 저굴절률 불소 도핑 유닛의 외경과 아래 관계를 가지고, the outer cladding layer glass tube is between 30 mm and 90 mm thick; The outer diameter has the following relationship with the outer diameter of the optical fiber, the core diameter of the optical fiber, the number of ytterbium-doped glass filament layers for forming the core, and the outer diameter of the low refractive index fluorine doping unit for forming the inner cladding layer,

Figure pct00021
Figure pct00022
Figure pct00021
Figure pct00022

상기 식에서,

Figure pct00023
는 상기 광섬유의 외경이며; In the above formula,
Figure pct00023
is the outer diameter of the optical fiber;

상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽에는 저굴절률층이 구비되고, 상기 저굴절률층은 밀접하게 배열된 모세 유리관 또는 저굴절률 유리 재료층이다. 그 내경은 상기 내부 클래딩층을 형성하기 위한 유리 튜브의 외경과 아래 관계를 가지고, The outer cladding layer glass tube inner wall is provided with a low refractive index layer, wherein the low refractive index layer is a closely arranged capillary glass tube or a low refractive index glass material layer. The inner diameter has a relationship below with the outer diameter of the glass tube for forming the inner cladding layer,

Figure pct00024
Figure pct00024

상기 식에서,

Figure pct00025
는 외부 클래딩층을 형성하기 위한 저굴절률층의 두께이다.In the above formula,
Figure pct00025
is the thickness of the low refractive index layer for forming the outer cladding layer.

상기 저굴절률층이 밀접하게 배열된 모세 유리관일 경우, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 50 ~ 60 mm이고 외경이 80 ~ 150 mm이며; 상기 모세관은 외경이 2.5 mm ~ 5 mm이고 내경이 2 mm ~ 4 mm이며 그 양단이 밀봉된다.when the low refractive index layer is a closely arranged capillary glass tube, the outer cladding layer glass tube has an inner diameter of 50 to 60 mm and an outer diameter of 80 to 150 mm; The capillary has an outer diameter of 2.5 mm to 5 mm and an inner diameter of 2 mm to 4 mm, and both ends thereof are sealed.

상기 저굴절률층이 저굴절률 유리 재료층일 경우, 상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 50 ~ 60 mm이고 외경이 80 ~ 150 mm이며, 저굴절률 유리 재료층은 외경이 60 ~ 100 mm이고 등가 굴절률이 1.22 ~ 1.25이다.When the low refractive index layer is a low refractive index glass material layer, the outer cladding layer glass tube has an inner diameter of 50 to 60 mm and an outer diameter of 80 to 150 mm, and the low refractive index glass material layer has an outer diameter of 60 to 100 mm and an equivalent refractive index 1.22 to 1.25.

상기 내부 클래딩층 유리 튜브, 외부 클래딩층 유리 튜브는 동심원으로 중첩되고, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 내부 클래딩층 유리 튜브 중심에 위치하며, 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 내부 클래딩층 튜브 사이에 위치한다. 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 개수의 비는 0.5 ~ 3:12 사이이고, 바람직하게 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, 또는 19:162이다.The inner cladding layer glass tube and the outer cladding layer glass tube are concentrically overlapped, the glass filament for forming the core is located at the center of the inner cladding layer glass tube, and the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit is positioned between the glass filament for forming the core and the inner cladding layer tube. The ratio of the number of glass filaments for forming the core to the number of glass filaments for forming the fluorine doping unit is between 0.5 and 3:12, preferably 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, or 19:162.

본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유 프리폼은 인발 공정을 통해 본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유를 제조한다.The photonic crystal optical fiber preform provided in the present invention manufactures the photonic crystal optical fiber provided in the present invention through a drawing process.

본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법은 아래 단계를 포함한다.The method for manufacturing a photonic crystal optical fiber preform provided in the present invention includes the following steps.

단계 (1): 몰드를 이용하여, 소정 개수의 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트 및 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 정육각형으로 적층하고 유리 필라멘트 다발로 묶음으로써, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 중심에 위치시킨다.Step (1): using a mold, stacking glass filaments for forming a predetermined number of fluorine doping units and glass filaments for forming a core in a regular hexagon and bundled into a bundle of glass filaments, thereby forming the glass filaments for forming the core to be centered.

상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는, Glass filaments for forming the core,

라이너에 희토류 도핑 코어층을 증착하여, 코어층의 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 % 사이가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻되, 바람직하게 MCVD의 CDS(희토류 킬레이트 기상 증착법) 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 이테르븀이 도핑된 코어를 증착하는 방법으로 제조한다. A rare earth doped core layer is deposited on the liner so that the relative refractive index difference Δ1 of the core layer is between 0.08% and 0.1%, and the liner is removed and drawn to obtain a glass filament for forming the core, preferably MCVD It is manufactured by depositing a core doped with ytterbium on a pure silicon liner using the CDS (Rare Earth Chelate Vapor Deposition) process.

상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는, A glass filament for forming the fluorine doping unit,

라이너에 내부 클래딩층 재료를 기설정 두께만큼 증착하되, 바람직하게 내부 클래딩층 재료는 게르마늄 도핑 유리이며, 다음 불소 도핑 유리층을 증착하여, 불소 도핑 유리층의 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻되, 바람직하게 PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 게르마늄 도핑 내부 클래딩층 재료 및 불소 도핑 유리층을 증착하는 방법으로 제조한다.Deposit the inner cladding layer material on the liner to a predetermined thickness, preferably, the inner cladding layer material is germanium-doped glass, and then a fluorine-doped glass layer is deposited, so that the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine-doped glass layer is -0.14% ~ -0.82%, removing the liner and drawing to obtain a glass filament for forming the fluorine-doped unit, preferably using a PCVD process to apply a germanium-doped inner cladding layer material and a fluorine-doped glass layer to a pure silicon liner Manufactured by deposition method.

단계 (2): 단계 (1)에서 얻은 유리 필라멘트 다발을 내부 튜브, 외부 튜브와 동심원으로 중첩시킨다.Step (2): The glass filament bundle obtained in step (1) is concentrically overlapped with the inner tube and outer tube.

상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 밀접하게 배열된 모세 유리관을 구비할 경우, 상기 모세 유리관은, When the inner wall of the outer cladding layer glass tube has a capillary glass tube closely arranged, the capillary glass tube,

순수 실리콘 튜브를 등비율에 따라 기설정 외경의 모세관으로 인발하고, 화염으로 상기 모세관 양단을 밀봉하는 방법으로 제조되고, It is manufactured by drawing a pure silicone tube into a capillary of a preset outer diameter according to an equal ratio, and sealing both ends of the capillary with a flame,

상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 저굴절률 유리 재료층을 구비할 경우, 상기 외부 클래딩층은, When the outer cladding layer glass tube inner wall has a low refractive index glass material layer, the outer cladding layer comprises:

라이너에 불소 도핑층을 증착하고, 증착이 완료된 후, 순수 실리콘 튜부와 용융 수축시켜 상기 외부 튜브를 얻는 방법으로 제조된다. It is manufactured by depositing a fluorine-doped layer on the liner, and after the deposition is completed, melt shrinkage with a pure silicon tube to obtain the outer tube.

본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유는 코어, 내부 클래딩층 및 외부 클래딩층을 포함하고, The photonic crystal optical fiber provided in the present invention includes a core, an inner cladding layer and an outer cladding layer,

상기 코어는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 %이고, 직경이 40 ~ 50 μm이며; 바람직하게 상기 코어는 이테르븀, 알루미늄, 및/또는 인이 도핑된 실리카이다.the core has a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.1%, and a diameter of 40-50 μm; Preferably the core is silica doped with ytterbium, aluminum, and/or phosphorus.

상기 코어의 상대 굴절률 차이는 아래 방법으로 계산되고, The relative refractive index difference of the core is calculated in the following way,

Figure pct00026
Figure pct00026

상기 식에서,

Figure pct00027
는 코어 굴절률이고
Figure pct00028
는 순수 실리콘 굴절률이다.In the above formula,
Figure pct00027
is the core refractive index
Figure pct00028
is the pure silicon refractive index.

상기 내부 클래딩층은 직경이 200 μm ~ 400 μm이고, 배경 재료 및 배경 재료에 주기적으로 배열된 불소 도핑 유닛을 포함하며, 상기 내부 클래딩층에서 코어에 가까운 두께는 내부 클래딩층 두께의 1/5 내지 1/2의 영역 내에 불소 도핑 유닛이 분산되고, 상기 배경 재료의 굴절률 차이 △3이 0.08 % ~ 0.1 %이며, 상기 불소 도핑 유닛의 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %인 유리 재료이다.The inner cladding layer has a diameter of 200 μm to 400 μm, and includes a background material and fluorine doping units periodically arranged in the background material, wherein the thickness close to the core in the inner cladding layer is 1/5 to the thickness of the inner cladding layer A glass material in which a fluorine doping unit is dispersed in a region of 1/2, the refractive index difference Δ3 of the background material is 0.08% to 0.1%, and the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine doped unit is -0.14% to -0.82% am.

상기 불소 도핑 유닛의 상대 굴절률 차이는 아래 방법으로 계산되고, The relative refractive index difference of the fluorine doping unit is calculated in the following way,

Figure pct00029
Figure pct00029

상기 식에서,

Figure pct00030
는 불소 도핑 유닛의 굴절률이고
Figure pct00031
는 순수 실리콘 굴절률이다.In the above formula,
Figure pct00030
is the refractive index of the fluorine doping unit
Figure pct00031
is the pure silicon refractive index.

상기 배경 재료의 굴절률 차이 △3은 아래 방법으로 계산되고, The refractive index difference Δ3 of the background material is calculated in the following way,

Figure pct00032
Figure pct00032

상기 식에서,

Figure pct00033
은 배경 재료의 굴절률이고
Figure pct00034
은 순수 실리콘 굴절률이다.In the above formula,
Figure pct00033
is the refractive index of the background material
Figure pct00034
is the refractive index of pure silicon.

상기 불소 도핑 유닛은 상기 내부 클래딩층의 80 μm ~ 115 μm 영역 내에 분산되고, 직경이 1.2 μm ~ 1.5 μm이며, 개수는 7 내지 19 사이이고, 상기 불소 도핑 유닛 중심 사이의 거리는 12 ~ 18 μm이다. The fluorine doping units are dispersed in an area of 80 μm to 115 μm of the inner cladding layer, and have a diameter of 1.2 μm to 1.5 μm, the number is between 7 and 19, and the distance between the centers of the fluorine doping units is 12 to 18 μm. .

상기 외부 클래딩층은 등가 굴절률이 1.22 ~ 1.25이고, 직경이 800 μm ~ 1000 μm이다. 상기 외부 클래딩층은 저굴절률층을 포함하고, 굴절률이 1.22 ~ 1.25이며, 직경이 800 ~ 1000 μm이고, 주기적으로 배열된 기공 또는 저굴절률 유리 재료이다.The outer cladding layer has an equivalent refractive index of 1.22 to 1.25 and a diameter of 800 μm to 1000 μm. The outer cladding layer comprises a low refractive index layer, the refractive index is 1.22 to 1.25, the diameter is 800 to 1000 μm, and is a periodically arranged pore or low refractive index glass material.

그 코어 직경은 40 ~ 50 μm이고, 외경은 800 μm ~ 1 mm이다. Its core diameter is 40-50 μm, and the outer diameter is 800 μm-1 mm.

본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유는 그 코어가 초대형 모드 필드 면적을 구비하여 광섬유가 고출력 레이저를 견딜 수 있도록 하며, 그 클래딩층의 도파 구조는 광섬유가 큰 모드 필드 면적의 전제하에 단일 모드 전송을 지원하도록 하고 빔 품질이 높다. 이의 초대형 내부 클래딩층의 개구수는 광섬유가 더 큰 출력의 펌프광을 흡수할 수 있도록 하여 고출력 광섬유 레이저 분야에 적합하다. 본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유에서, 그 내부 클래딩층의 주기적 유닛이 모두 고체이며, 종래의 기공 기술에 비해 광섬유 수율이 높고 생산 비용이 절감된다. 종합하면, 본 발명에서 제공되는 광자 결정 광섬유는 고출력, 단일 캐비티 저손실, 빔의 고품질 에너지 전송에 적합하고, 이득 매질로 사용하기에 적합하다.The photonic crystal optical fiber provided in the present invention has a core having a very large mode field area so that the optical fiber can withstand a high-power laser, and the waveguide structure of the cladding layer supports single-mode transmission under the premise that the optical fiber has a large mode field area. and high beam quality. Its super-large inner cladding layer numerical aperture allows the optical fiber to absorb a larger output pump light, making it suitable for high-power fiber laser applications. In the photonic crystal optical fiber provided in the present invention, the periodic units of its inner cladding layer are all solid, and the optical fiber yield is high and the production cost is reduced compared to the conventional pore technology. In summary, the photonic crystal optical fiber provided in the present invention is suitable for high-power, single-cavity low-loss, high-quality energy transmission of a beam, and is suitable for use as a gain medium.

아래는 실시예이다. Below is an example.

실시예 1Example 1

도 1에 도시된 바와 같이, 광자 결정 광섬유 프리폼은 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트(1), 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트(2), 내부 클래딩층 유리 튜브(3), 모세 유리관(4), 외부 클래딩층 유리 튜브(5)를 포함한다. 여기서 코어는 7개의 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트를 정육각형으로 적층하여 형성되며, 이의 상대 굴절률 차이 △1=0.085 %이고, 외경은 2 mm이다. 내부 클래딩층은 84개의 불소 도핑 유리 필라멘트를 정육각형으로 4층 적층하여 형성되고, 불소 도핑 유리 필라멘트의 불소 도핑 영역의 상대 굴절률 차이 △2는 -0.55 %이며, 불소 도핑 유리 필라멘트의 배경 재료는 게르마늄 도핑 실리카이고, 이의 상대 굴절률 차이 △3은 0.08 %이고, 외경은 2 mm이며, 불소 도핑된 코어 영역 듀티 사이클 f는 0.0875이다. 내부 튜브는 게르마늄 도핑 실리카이고, 이의 상대 굴절률 △4=△3=0.08 %이며, 내경은 22 mm이고, 외경은 45 mm이다. 외부 클래딩층의 모세관은 도핑되지 않은 실리카 유리이고, 내경은 4 mm이며, 외경은 5 mm이고, 30개의 상기 모세관을 내부 튜브를 둘러싸고 밀접하게 배열하여, 공기 클래딩층을 형성한다. 외부 튜브는 도핑되지 않은 실리카 유리이고, 내경은 55 mm이며, 외경은 100 mm이다.As shown in Fig. 1, the photonic crystal optical fiber preform has a glass filament (1) for forming a core, a glass filament (2) for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube (3), a capillary a glass tube 4 , and an outer cladding layer glass tube 5 . Here, the core is formed by stacking seven ytterbium-doped glass filaments in a regular hexagonal shape, the relative refractive index difference Δ1=0.085%, and the outer diameter is 2 mm. The inner cladding layer is formed by stacking 84 fluorine-doped glass filaments in four regular hexagonal layers, and the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine-doped region of the fluorine-doped glass filament is -0.55%, and the background material of the fluorine-doped glass filament is germanium-doped. silica, its relative refractive index difference Δ3 is 0.08%, the outer diameter is 2 mm, and the fluorine-doped core region duty cycle f is 0.0875. The inner tube is germanium-doped silica, its relative refractive index Δ4=Δ3=0.08%, the inner diameter is 22 mm, and the outer diameter is 45 mm. The capillary of the outer cladding layer is undoped silica glass, the inner diameter is 4 mm and the outer diameter is 5 mm, and 30 such capillaries are closely arranged around the inner tube to form an air cladding layer. The outer tube is undoped silica glass, with an inner diameter of 55 mm and an outer diameter of 100 mm.

상기 광섬유 프리폼은 아래 방법으로 제조된다.The optical fiber preform is manufactured by the following method.

① 불소 도핑 유리 필라멘트의 제조: PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 게르마늄 도핑 클래딩층 및 불소 도핑 코어을 증착하고, 증착이 완료된 후, 솔리드 유리 막대의 외층 순수 실리콘을 완전히 부식시키고, 유리 막대를 특정 사이즈의 유리 필라멘트로 인발한다. 여기서, 게르마늄 도핑 클래딩층의 Ge 도핑 몰 농도는 0.8 % ~ 1 %이고, 불소 도핑 코어의 F 도핑 몰 농도는 0.4 % ~ 2.5이다.① Manufacture of fluorine-doped glass filament: Deposit a germanium-doped cladding layer and a fluorine-doped core on a pure silicon liner using a PCVD process, and after the deposition is completed, the outer layer of pure silicon of the solid glass rod is completely corroded, and the glass rod is made to a specific size drawn with a glass filament of Here, the Ge doping molar concentration of the germanium-doped cladding layer is 0.8% to 1%, and the F doping molar concentration of the fluorine-doped core is 0.4% to 2.5.

② 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트의 제조: MCVD 기반 CDS(희토류 킬레이트 기상 증착법) 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 이테르븀이 도핑된 코어를 증착하고, 증착이 완료된 후, 연마 및 부식 공정을 통해 솔리드 막대의 외층 순수 실리콘을 완전히 제거한다. 여기서 이테르븀이 도핑된 코어의 Yb 도핑 몰 농도는 0.15 % ~ 0.2 %이다.② Manufacture of ytterbium-doped glass filament: A ytterbium-doped core is deposited on a pure silicon liner using an MCVD-based CDS (rare earth chelate vapor deposition) process, and after the deposition is completed, the solid rod is formed by polishing and etching. The outer layer of pure silicon is completely removed. Here, the Yb doping molar concentration of the ytterbium-doped core is 0.15% to 0.2%.

③ 내부 튜브의 제조: PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 소정 두께의 게르마늄 도핑 클래딩층을 증착하고, 증착이 완료된 후 연마 및 부식 공정을 통해 튜브의 외층 순수 실리콘을 완전히 제거하며, 상기 튜브의 일단을 테이퍼링한다. ③ Manufacture of inner tube: Depositing a germanium-doped cladding layer of a predetermined thickness on a pure silicon liner using a PCVD process, after the deposition is completed, completely removes the outer layer of pure silicon of the tube through a polishing and corrosion process, and one end of the tube tapering the

④ 모세관의 제조: 순수 실리콘 튜브를 등비율에 따라 소정 외경의 모세관으로 인발하고, 화염으로 모세관 양단을 밀봉한다.④ Preparation of capillary: A pure silicon tube is drawn into a capillary of a predetermined outer diameter according to an equal ratio, and both ends of the capillary are sealed with a flame.

⑤ 외부 튜브의 제조: 하나의 순수 실리콘 튜브를 준비하고, 그중 일단을 테이퍼링 하고 세척, 건조한다. ⑤ Manufacture of outer tube: Prepare one pure silicone tube, tape one end of it, wash and dry.

⑥ 프리폼의 조립: 91개의 상기 불소 도핑 유리 필라멘트를 세척, 건조 후 육각형의 튜브 몰드에서 정육각형으로 적층하고, 적층이 완료된 후 중심의 7개의 불소 도핑 유리 필라멘트를 상기 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트로 교체한다. 다음 니켈 와이어 및 석면 천으로 상기 유리 필라멘트 다발을 묶어 고정한 후, 육각형 튜브 몰드를 제거한다.상기 유리 필라멘트 다발을 상기 내부 튜브에 넣은 후, 상기 내부 튜브를 상기 외부 튜브에 넣고, 상기 내부 튜브와 외부 튜브의 간격은 상기 모세관으로 채운다.⑥ Assembling of the preform: After washing and drying the 91 fluorine-doped glass filaments, stack them in a hexagonal shape in a hexagonal tube mold, and after lamination is completed, replace the central 7 fluorine-doped glass filaments with the ytterbium-doped glass filaments. . Then, after binding and fixing the glass filament bundle with nickel wire and asbestos cloth, the hexagonal tube mold is removed. After putting the glass filament bundle into the inner tube, the inner tube is put into the outer tube, and the inner tube and the outer The gap in the tube is filled with the capillary.

도 1에 도시된 프리폼을 인발로에 넣어 외경이 800 μm인 고체 상태 광자 결정 광섬유로 인발한다.The preform shown in Fig. 1 is put into a drawing furnace and drawn into a solid-state photonic crystal optical fiber having an outer diameter of 800 μm.

제조된 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단면은 도 2에 도시된 바와 같고, 코어(21), 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛(22)과 게르마늄 도핑 배경 재료(23), 외부 클래딩층 기공(24)과 실리카 재료(25)를 포함한다. 여기서 코어 직경은 50 μm이고, 내부 클래딩층의 직경은 360 μm이며, 외부 클래딩층의 직경은 800 μm이고, 코어 NA는 0.06이고, 클래딩층 불소 도핑 영역 직경은 1.4 μm이며, 인접한 2개의 불소 도핑 유닛의 중심 간격은 16 μm이고, 기공의 반경 방향 폭은 10 μm이며, 인접한 2개의 기공 사이의 벽 두께는 0.5 μm이고, 공기 클래딩층의 NA는 0.85이며, 1064 nm에서 광섬유의 모드 필드 직경은 61 μm이고, 단일 모드 작동 범위는 820 μm보다 크며 도 3에 도시된 바와 같다. The cross-section of the manufactured ytterbium-doped photonic crystal optical fiber is as shown in FIG. 2 , and the core 21, the inner cladding layer fluorine doping unit 22, the germanium doped background material 23, and the outer cladding layer pores 24 and silica material 25 . where the core diameter is 50 μm, the diameter of the inner cladding layer is 360 μm, the diameter of the outer cladding layer is 800 μm, the core NA is 0.06, the diameter of the fluorine-doped region of the cladding layer is 1.4 μm, and two adjacent fluorine-doped layers are The center spacing of the units is 16 μm, the radial width of the pores is 10 μm, the wall thickness between two adjacent pores is 0.5 μm, the NA of the air cladding layer is 0.85, and the mode field diameter of the optical fiber at 1064 nm is 61 μm, and the single-mode operating range is greater than 820 μm, as shown in FIG. 3 .

중심 파장이 915 nm인 반도체 레이저를 펌프 소스로 사용하고, 본 발명에서 제공되는 고체 상태 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유를 이득 매질로 사용하여, 테스트 플랫폼을 구축하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 신호광 변환 효율은 73 %이고, 915 nm에서 광섬유의 클래딩층 흡수 계수는 3.2 dB/m로 측정되었다.A semiconductor laser having a center wavelength of 915 nm was used as a pump source, and a solid-state ytterbium-doped photonic crystal optical fiber provided in the present invention was used as a gain medium to construct a test platform. As shown in FIG. 7 , the signal-to-light conversion efficiency was 73%, and the absorption coefficient of the cladding layer of the optical fiber at 915 nm was measured to be 3.2 dB/m.

1064 nm의 단일 모드 레이저를 신호광 소스로 사용하여, 본 발명에서 제공되는 고체 상태 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 빔 품질을 테스트하였다. 빔의 품질 인자

Figure pct00035
는 1.1이고, 출력광 스폿 및 테스트
Figure pct00036
피팅 곡선은 도 5에 도시된 바와 같다. A single-mode laser of 1064 nm was used as a signal light source to test the beam quality of the ytterbium-doped photonic crystal optical fiber of the solid-state double cladding layer provided in the present invention. Beam quality factor
Figure pct00035
is 1.1, output light spot and test
Figure pct00036
The fitting curve is as shown in FIG. 5 .

실시예 2Example 2

도 1에 도시된 바와 같이, 광자 결정 광섬유 프리폼은 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트(1), 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트(2), 내부 클래딩층 유리 튜브(3), 모세 유리관(4), 외부 클래딩층 유리 튜브(5)를 포함한다. 여기서 코어는 7개의 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트를 정육각형으로 적층하여 형성되며, 이의 상대 굴절률 차이 △1=0.085 %이고, 외경은 2 mm이다. 내부 클래딩층은 84개의 불소 도핑 유리 필라멘트를 정육각형으로 4층 적층하여 형성되고, 불소 도핑 유리 필라멘트의 불소 도핑 영역의 상대 굴절률 차이 △2는 -0.55 %이며, 불소 도핑 유리 필라멘트의 배경 재료는 게르마늄 도핑 실리카이고, 이의 상대 굴절률 차이 △3은 0.08 %이고, 외경은 2 mm이며, 불소 도핑된 코어 영역 듀티 사이클 f는 0.0875이다. 내부 튜브는 게르마늄 도핑 실리카이고, 이의 상대 굴절률 △4=△3=0.08 %이며, 내경은 22 mm이고, 외경은 45 mm이다. 외부 클래딩층의 배경 재료는 저굴절률 유리이고, 내경은 45 mm이며, 외경은 100 mm이다.As shown in Fig. 1, the photonic crystal optical fiber preform has a glass filament (1) for forming a core, a glass filament (2) for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube (3), a capillary a glass tube 4 , and an outer cladding layer glass tube 5 . Here, the core is formed by stacking seven ytterbium-doped glass filaments in a regular hexagonal shape, the relative refractive index difference Δ1=0.085%, and the outer diameter is 2 mm. The inner cladding layer is formed by stacking 84 fluorine-doped glass filaments in four regular hexagonal layers, and the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine-doped region of the fluorine-doped glass filament is -0.55%, and the background material of the fluorine-doped glass filament is germanium-doped. silica, its relative refractive index difference Δ3 is 0.08%, the outer diameter is 2 mm, and the fluorine-doped core region duty cycle f is 0.0875. The inner tube is germanium-doped silica, its relative refractive index Δ4=Δ3=0.08%, the inner diameter is 22 mm, and the outer diameter is 45 mm. The background material of the outer cladding layer is low refractive index glass, the inner diameter is 45 mm, and the outer diameter is 100 mm.

상기 광섬유 프리폼은 아래 방법으로 제조된다.The optical fiber preform is manufactured by the following method.

① 불소 도핑 유리 필라멘트의 제조: PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 게르마늄 도핑 클래딩층 및 불소 도핑 코어을 증착하고, 증착이 완료된 후, 솔리드 유리 막대의 외층 순수 실리콘을 완전히 부식시키고, 유리 막대를 특정 사이즈의 유리 필라멘트로 인발한다. 여기서, 게르마늄 도핑 클래딩층의 Ge 도핑 몰 농도는 0.8 % ~ 1 %이고, 불소 도핑 코어의 F 도핑 몰 농도는 0.4 % ~ 2.5이다.① Manufacture of fluorine-doped glass filament: Deposit a germanium-doped cladding layer and a fluorine-doped core on a pure silicon liner using a PCVD process, and after the deposition is completed, the outer layer of pure silicon of the solid glass rod is completely corroded, and the glass rod is made to a specific size drawn with a glass filament of Here, the Ge doping molar concentration of the germanium-doped cladding layer is 0.8% to 1%, and the F doping molar concentration of the fluorine-doped core is 0.4% to 2.5.

② 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트의 제조: MCVD 기반 CDS(희토류 킬레이트 기상 증착법) 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 이테르븀이 도핑된 코어를 증착하고, 증착이 완료된 후, 연마 및 부식 공정을 통해 솔리드 막대의 외층 순수 실리콘을 완전히 제거한다. 여기서 이테르븀이 도핑된 코어의 Yb 도핑 몰 농도는 0.15 % ~ 0.2 %이다.② Manufacture of ytterbium-doped glass filament: A ytterbium-doped core is deposited on a pure silicon liner using an MCVD-based CDS (rare earth chelate vapor deposition) process, and after the deposition is completed, the solid rod is formed by polishing and etching. The outer layer of pure silicon is completely removed. Here, the Yb doping molar concentration of the ytterbium-doped core is 0.15% to 0.2%.

③ 내부 튜브의 제조: PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 소정 두께의 게르마늄 도핑 클래딩층을 증착하고, 증착이 완료된 후 연마 및 부식 공정을 통해 튜브의 외층 순수 실리콘을 완전히 제거하며, 상기 튜브의 일단을 테이퍼링한다. ③ Manufacture of inner tube: Depositing a germanium-doped cladding layer of a predetermined thickness on a pure silicon liner using a PCVD process, after the deposition is completed, completely removes the outer layer of pure silicon of the tube through a polishing and corrosion process, and one end of the tube tapering the

④ 외부 튜브의 제조: 하나의 순수 실리콘 튜브를 준비하고, PCVD 공정을 사용하여 순수 실리콘 라이너에 소정 두께의 저굴절률층을 증착하며, 증착이 완료된 후 연마 및 부식 공정을 통해 튜브의 외층 순수 실리콘을 완전히 제거하며 화염 연마를 수행하고, 상기 튜브의 일단을 테이퍼링한다. ④ Manufacture of outer tube: Prepare one pure silicon tube, deposit a low refractive index layer of a predetermined thickness on a pure silicon liner using a PCVD process, and after deposition is completed, the outer layer of pure silicon of the tube is removed through a polishing and corrosion process Complete removal and flame polishing is performed, and one end of the tube is tapered.

⑤ 프리폼의 조립: 169개의 상기 불소 도핑 유리 필라멘트를 세척, 건조 후 육각형의 튜브 몰드에서 정육각형으로 적층하고, 적층이 완료된 후 중심의 7개의 불소 도핑 유리 필라멘트를 상기 이테르븀이 도핑된 유리 필라멘트로 교체한다. 다음 니켈 와이어 및 석면 천으로 상기 유리 필라멘트 다발을 묶어 고정한 후, 육각형 튜브 몰드를 제거한다.상기 유리 필라멘트 다발을 상기 내부 튜브에 넣은 후, 상기 내부 튜브를 상기 외부 튜브에 넣는다.⑤ Assembling of the preform: After washing and drying 169 fluorine-doped glass filaments, stack them in a hexagonal shape in a hexagonal tube mold, and after lamination is complete, replace the central 7 fluorine-doped glass filaments with the ytterbium-doped glass filaments . Then, after binding and fixing the glass filament bundle with nickel wire and asbestos cloth, the hexagonal tube mold is removed. After putting the glass filament bundle into the inner tube, the inner tube is placed on the outer tube.

도 1에 도시된 프리폼을 인발로에 넣어 외경이 1000 μm인 고체 상태 광자 결정 광섬유로 인발한다.The preform shown in Fig. 1 is put into a drawing furnace and drawn into a solid-state photonic crystal optical fiber having an outer diameter of 1000 μm.

제조된 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 단면은 도 4에 도시된 바와 같고, 코어(21), 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛(22)과 게르마늄 도핑 배경 재료(23), 외부 클래딩층 기공(24)과 배경 실리카 재료(25)를 포함한다. 여기서 코어 직경은 60 μm이고, 내부 클래딩층의 직경은 450 μm이며, 외부 클래딩층의 직경은 1000 μm이고, 코어 NA는 0.06이고, 클래딩층 불소 도핑 영역 직경은 1.75 μm이며, 인접한 2개의 불소 도핑 유닛의 중심 간격은 20 μm이고, 외부 클래딩층의 NA는 0.23이며, 1064 nm에서 광섬유의 모드 필드 직경은 54 μm이고, 단일 모드 작동 범위는 1050 μm보다 크며 도 5에 도시된 바와 같다. The cross-section of the manufactured ytterbium-doped photonic crystal optical fiber is as shown in FIG. 4 , and the core 21, the inner cladding layer fluorine doping unit 22, the germanium doped background material 23, and the outer cladding layer pores 24 and a background silica material (25). where the core diameter is 60 μm, the diameter of the inner cladding layer is 450 μm, the diameter of the outer cladding layer is 1000 μm, the core NA is 0.06, the diameter of the fluorine-doped region of the cladding layer is 1.75 μm, and two adjacent fluorine-doped layers are The center spacing of the units is 20 μm, the NA of the outer cladding layer is 0.23, the mode field diameter of the optical fiber at 1064 nm is 54 μm, and the single-mode operating range is greater than 1050 μm, as shown in FIG. 5 .

중심 파장이 915 nm인 반도체 레이저를 펌프 소스로 사용하고, 본 발명에서 제공되는 고체 상태 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유를 이득 매질로 사용하여, 테스트 플랫폼을 구축하였다. 도 7에 도시된 바와 같이, 신호광 변환 효율은 73 %이고, 915 nm에서 광섬유의 클래딩층 흡수 계수는 3 dB/m로 측정되었다.A semiconductor laser having a center wavelength of 915 nm was used as a pump source, and a solid-state ytterbium-doped photonic crystal optical fiber provided in the present invention was used as a gain medium to construct a test platform. As shown in FIG. 7 , the signal-to-light conversion efficiency was 73%, and the absorption coefficient of the cladding layer of the optical fiber at 915 nm was measured to be 3 dB/m.

1064 nm의 단일 모드 레이저를 신호광 소스로 사용하여, 본 발명에서 제공되는 고체 상태 이중 클래딩층의 이테르븀이 도핑된 광자 결정 광섬유의 빔 품질을 테스트하였다. 빔의 품질 인자

Figure pct00037
는 1.2이고, 출력광 스폿 및 테스트
Figure pct00038
피팅 곡선은 도 8에 도시된 바와 같다. A single-mode laser of 1064 nm was used as a signal light source to test the beam quality of the ytterbium-doped photonic crystal optical fiber of the solid-state double cladding layer provided in the present invention. Beam quality factor
Figure pct00037
is 1.2, output light spot and test
Figure pct00038
The fitting curve is as shown in FIG. 8 .

이상의 설명은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과하며 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 본 발명의 사상과 원리 내에서 이루어진 수정, 균등한 대체 및 개량 등은 모두 본 발명의 보호범위에 포함되어야 한다.Those skilled in the art will readily understand that the above description is merely a preferred embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention, and modifications, equivalent substitutions and improvements made within the spirit and principle of the present invention are all subject to the present invention. It should be included in the protection scope of the invention.

모든 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 소자 또는 구조를 가리킨다.
1: 광자 결정 광섬유 프리폼 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트,
2: 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트,
3: 내부 클래딩층 유리 튜브,
4: 모세 유리관,
5: 외부 클래딩층 유리 튜브,
21: 광섬유 코어,
22: 불소 도핑 유닛,
23: 배경 재료,
24: 외부 클래딩층 기공, 2
5: 외부 클래딩층.In all drawings, the same reference numbers refer to the same elements or structures.
1: a glass filament for forming a photonic crystal optical fiber preform core;
2: a glass filament for forming an inner cladding layer fluorine doping unit;
3: inner cladding layer glass tube;
4: capillary glass tube,
5: outer cladding layer glass tube;
21: optical fiber core,
22: fluorine doping unit;
23: background material,
24: outer cladding layer pores, 2
5: outer cladding layer.

Claims (10)

광자 결정 광섬유 프리폼에 있어서,
코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트, 내부 클래딩층 유리 튜브 및 외부 클래딩층 유리 튜브를 포함하고,
상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.09 %이고, 직경이 1 ~ 4 mm이며;
내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 외경이 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 같고, 클래딩층, 및 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %인 코어층을 포함하며, 상기 클래딩층 재료와 상기 내부 클래딩층 튜브 재료가 같고; 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클
Figure pct00039
은 0.085 ~ 0.09이며, 상기 불소 도핑 유닛의 듀티 사이클은 아래 방법으로 계산되고,
Figure pct00040

상기 식에서,
Figure pct00041
는 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 내경이고,
Figure pct00042
은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 클래딩층 외경이며;
상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 2 mm 내지 20 mm 사이이고, 상대 굴절률 차이 △3이 0.08 % ~ 0.1 %이며,
상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 두께가 30 mm 내지 90 mm 사이이고, 외부 클래딩층 유리 튜브는 순수 실리카 유리관이며,
상기 내부 클래딩층 유리 튜브, 외부 클래딩층 유리 튜브는 동심원으로 중첩되고, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는 내부 클래딩층 유리 튜브 중심에 위치하며, 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 내부 클래딩층 튜브 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼.
A photonic crystal optical fiber preform comprising:
a glass filament for forming a core, a glass filament for forming an inner cladding layer fluorine doping unit, an inner cladding layer glass tube and an outer cladding layer glass tube,
The glass filaments for forming the core have a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.09%, and a diameter of 1 to 4 mm;
The glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit has an outer diameter equal to the glass filament for forming the core, a cladding layer, and a core layer having a relative refractive index difference Δ2 of -0.14% to -0.82%, the cladding layer material and the inner cladding layer tube material are the same; Duty cycle of the fluorine doping unit
Figure pct00039
is 0.085 ~ 0.09, and the duty cycle of the fluorine doping unit is calculated in the following way,
Figure pct00040

In the above formula,
Figure pct00041
is the inner diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00042
is the outer diameter of the cladding layer of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit;
the inner cladding layer glass tube has a thickness between 2 mm and 20 mm, and the relative refractive index difference Δ3 is between 0.08% and 0.1%,
the outer cladding layer glass tube has a thickness between 30 mm and 90 mm, the outer cladding layer glass tube is a pure silica glass tube,
The inner cladding layer glass tube, the outer cladding layer glass tube are concentrically overlapped, the glass filament for forming the core is located at the center of the inner cladding layer glass tube, and the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit is located between the glass filament for forming the core and the inner cladding layer tube.
 제1항에 있어서,
상기 내부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 22 ~ 37.5 mm이고, 외경이 45 ~ 50 mm이며; 그 내경은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 외경 및 층수와 아래 관계를 가지고,
Figure pct00043
Figure pct00044
,
상기 식에서,
Figure pct00045
은 상기 내부 클래딩층 유리 튜브의 내경이고,
Figure pct00046
은 상기 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트의 층수이며,
Figure pct00047
은 내부 클래딩층 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 외경이고;
상기 외부 클래딩층 유리 튜브는 내경이 50 ~ 60 mm이고, 외경이 80 ~ 150 mm인 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼.
According to claim 1,
the inner cladding layer glass tube has an inner diameter of 22 to 37.5 mm and an outer diameter of 45 to 50 mm; The inner diameter has the following relationship with the outer diameter and the number of layers of the glass filament of the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00043
Figure pct00044
,
In the above formula,
Figure pct00045
is the inner diameter of the inner cladding layer glass tube,
Figure pct00046
is the number of layers of glass filaments of the inner cladding layer fluorine doping unit,
Figure pct00047
is the outer diameter of the glass filament for forming the inner cladding layer fluorine doping unit;
The photonic crystal optical fiber preform, characterized in that the outer cladding layer glass tube has an inner diameter of 50 to 60 mm and an outer diameter of 80 to 150 mm.
 제1항에 있어서,
상기 불소 도핑 유닛의 유리 필라멘트는 코어의 유리 필라멘트 주변에 어레이 형상으로 밀접하게 배열되고, 코어의 유리 필라멘트는 어레이 중심에 위치하며, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트와 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트의 개수의 비는 0.5 ~ 3:12 사이이고, 바람직하게 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, 또는 19:162인 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼.
According to claim 1,
The glass filaments of the fluorine doping unit are closely arranged in an array shape around the glass filaments of the core, and the glass filaments of the core are located at the center of the array, and the glass filaments for forming the core and the fluorine doping unit for forming the unit Photonic crystal optical fiber preform, characterized in that the ratio of the number of glass filaments is between 0.5 and 3:12, preferably 1:12, 7:120, 7:162, 19:84, 19:120, or 19:162 .
 제1항에 있어서,
상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽에는 저굴절률층이 구비되고, 상기 저굴절률층은 밀접하게 배열된 모세 유리관 또는 저굴절률 유리 재료층이며; 상기 모세 유리관은 내경이 2 ~ 4 μm이고, 외경이 2.5 ~ 5 mm이며, 그 양단이 밀봉되고; 상기 저굴절률층의 굴절률 또는 등가 굴절률은 1.22 ~ 1.25인 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼.
According to claim 1,
the outer cladding layer glass tube inner wall is provided with a low refractive index layer, the low refractive index layer being a closely arranged capillary glass tube or a low refractive index glass material layer; The capillary glass tube has an inner diameter of 2 to 4 μm and an outer diameter of 2.5 to 5 mm, and both ends thereof are sealed; The photonic crystal optical fiber preform, characterized in that the refractive index or equivalent refractive index of the low refractive index layer is 1.22 to 1.25.
 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법에 있어서,
(1) 몰드를 이용하여, 소정 개수의 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트 및 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 정육각형으로 적층하고 유리 필라멘트 다발로 묶음으로써, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 중심에 위치시키는 단계;
(2) 단계 (1)에서 얻은 유리 필라멘트 다발을 내부 튜브, 외부 튜브와 동심원으로 중첩시키는 단계를 포함하되,
바람직하게, 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트는,
라이너에 희토류 도핑 코어층을 증착하여, 코어층의 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 % 사이가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 코어를 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻는 방법으로 제조되고,
상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트는,
라이너에 내부 클래딩층 재료를 기설정 두께만큼 증착한 다음, 불소 도핑 유리층을 증착하여, 불소 도핑 유리층의 상대 굴절률 차이 △2가 -0.14 % ~ -0.82 %가 되도록 하고, 라이너를 제거하고 인발을 거쳐 상기 불소 도핑 유닛을 형성하기 위한 유리 필라멘트를 얻는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법.
5. A method for manufacturing a photonic crystal optical fiber preform according to any one of claims 1 to 4, comprising:
(1) Using a mold, glass filaments for forming a predetermined number of fluorine doping units and glass filaments for forming a core are stacked in a regular hexagon and bundled into a bundle of glass filaments, thereby centered on the glass filaments for forming the core placing it on;
(2) concentrically overlapping the bundle of glass filaments obtained in step (1) with an inner tube and an outer tube,
Preferably, the glass filament for forming the core,
A method of depositing a rare-earth doped core layer on a liner so that the relative refractive index difference Δ1 of the core layer is between 0.08% and 0.1%, removing the liner and drawing to obtain a glass filament for forming the core, ,
A glass filament for forming the fluorine doping unit,
The inner cladding layer material is deposited on the liner to a predetermined thickness, and then a fluorine-doped glass layer is deposited so that the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine-doped glass layer is -0.14% to -0.82%, and the liner is removed and drawn A method of manufacturing a photonic crystal optical fiber preform, characterized in that it is manufactured by a method of obtaining a glass filament for forming the fluorine doping unit through
 제5항에 있어서,
상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 밀접하게 배열된 모세 유리관을 구비할 경우, 상기 모세 유리관은,
순수 실리콘 튜브를 등비율에 따라 기설정 외경의 모세관으로 인발하고, 화염으로 상기 모세관 양단을 밀봉하는 방법으로 제조되고,
상기 외부 클래딩층 유리 튜브 내벽이 저굴절률 유리 재료층을 구비할 경우, 상기 외부 클래딩층은,
순수 실리카 라이너에 불소 도핑층을 증착하여 상기 외부 튜브를 얻는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유 프리폼의 제조 방법.
6. The method of claim 5,
When the inner wall of the outer cladding layer glass tube has a capillary glass tube closely arranged, the capillary glass tube,
It is manufactured by drawing a pure silicone tube into a capillary of a preset outer diameter according to an equal ratio, and sealing both ends of the capillary with a flame,
When the outer cladding layer glass tube inner wall has a low refractive index glass material layer, the outer cladding layer comprises:
A method of manufacturing a photonic crystal optical fiber preform, characterized in that it is manufactured by depositing a fluorine-doped layer on a pure silica liner to obtain the outer tube.
 광자 결정 광섬유에 있어서,
코어, 내부 클래딩층 및 외부 클래딩층을 포함하고,
상기 코어는 상대 굴절률 차이 △1이 0.08 % ~ 0.1 %이고, 직경이 40 ~ 50 μm이며;
상기 내부 클래딩층은 직경이 200 ~ 400 μm이고, 배경층 및 배경층에 어레이 형상으로 배열되고 코어를 밀접하게 둘러싸는 불소 도핑 유닛을 포함하며, 상기 배경층의 상대 굴절률 차이 △3은 0.08 % ~ 0.1 %이고, 상기 불소 도핑 유닛의 상대 굴절률 차이 △2는 -0.14 % ~ -0.82 %이며;
상기 외부 클래딩층의 직경은 800 μm ~ 1000 μm인 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유.
A photonic crystal optical fiber comprising:
a core, an inner cladding layer and an outer cladding layer;
the core has a relative refractive index difference Δ1 of 0.08% to 0.1%, and a diameter of 40-50 μm;
The inner cladding layer has a diameter of 200 to 400 μm, and includes a background layer and fluorine doping units arranged in an array on the background layer and closely surrounding the core, and the relative refractive index difference Δ3 of the background layer is 0.08% to 0.08% 0.1%, and the relative refractive index difference Δ2 of the fluorine doping unit is -0.14% to -0.82%;
A photonic crystal optical fiber, characterized in that the outer cladding layer has a diameter of 800 μm to 1000 μm.
 제7항에 있어서,
상기 어레이 형상의 불소 도핑 유닛은 상기 내부 클래딩층에서 코어에 가까이 분산된 두께는 내부 클래딩층 두께의 1/5 내지 1/2의 영역 내이고, 상기 불소 도핑 유닛의 직경은 1 ~ 1.4 μm이며, 상기 불소 도핑 유닛의 중심 간격은 11.5 ~ 16 μm인 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유.
8. The method of claim 7,
In the array-shaped fluorine doping unit, the thickness dispersed close to the core in the inner cladding layer is within a region of 1/5 to 1/2 the thickness of the inner cladding layer, and the diameter of the fluorine doping unit is 1 to 1.4 μm, The photonic crystal optical fiber, characterized in that the center spacing of the fluorine doping unit is 11.5 ~ 16 μm.
 제7항에 있어서,
상기 코어는 이테르븀, 알루미늄, 인이 함께 도핑된 실리카층이고;
상기 외부 클래딩층은 순수 실리카층 및 저굴절률층을 포함하며, 상기 저굴절률층은 외부 클래딩층의 가장 안쪽 표면에 위치하고, 그 굴절률 또는 등가 굴절률은 1.22 ~ 1.25이며, 원주 방향으로 배열된 기공 또는 저굴절률 유리 재료층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 광자 결정 광섬유.
8. The method of claim 7,
the core is a silica layer doped with ytterbium, aluminum, and phosphorus;
The outer cladding layer includes a pure silica layer and a low refractive index layer, the low refractive index layer is located on the innermost surface of the outer cladding layer, and the refractive index or equivalent refractive index is 1.22 to 1.25, and the pores or low refractive index arranged in the circumferential direction A photonic crystal optical fiber comprising a layer of refractive index glass material.
 이득 매질로 사용되는 것을 특징으로 하는 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 광자 결정 광섬유의 응용.Application of a photonic crystal optical fiber according to any one of claims 7 to 9, characterized in that it is used as a gain medium.
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