空芯光纤制造技术

一种反谐振空芯纤维，包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，第一管状包层元件界定了内部包层表面，多个第二管状元件附接至该包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，该第二管状元件被间隔布置，且该第二管状元件相邻之间具有间隔，及该多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中。

Hollow fiber

An anti resonant hollow fiber includes a first tubular cladding element, a plurality of second tubular member and a third tubular member, a first tubular cladding element defines the inner cladding surface, a plurality of second tubular member is attached to the surface of the cladding and together define the effective radius of the core is second, the tubular member is spaced, with a spacing between second and the adjacent tubular member, and the third elements in each tube are respectively nested tubular members in a corresponding second.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及空芯光纤，特别是反谐振纤维，尤其是超低损耗纤维、宽带宽纤维、单模空芯纤维和高双折射(Hi-Bi)纤维。空芯光纤已经被研究和发展了近八十年。理论上，这些纤维通过在空气而不是在固体材料中引导光线，能实现超低传播损耗和非线性，亦能提供比全固纤维中高得多的传播速度(即，缩短的延迟)和激光损伤阈值。然而，在实践中，还不能将损耗减少到与全玻璃纤维能实现的～0.15分贝/千米相当的水平，这已经妨碍了空芯技术的广泛应用。有两种主要类型的单材料空芯纤维，它们建立在光子带隙引导(光子带隙纤维—PBGF)基础上，或者建立在反谐振引导(反谐振纤维—ARF，比如戈薇纤维、“负曲率”纤维、简化的反谐振纤维和六角形纤维)基础上。光子带隙纤维(PBGF)提供最低的损耗(在1.62微米波长时衰减低至1.2分贝/千米—2005年第13期的《光学快递》第236页至第244页的Roberts等人所著的《空芯光子水晶纤维的超低损耗》)，但在窄带宽的范围内(中央波长的10-30％)，尽管反谐振纤维(ARF)提供了是光子带隙纤维(PBGF)2至10倍的带宽放大系数，但会有更高的直接损耗和更显著的弯曲敏感性。在光子带隙纤维中，通过来自包层内的有序且适当尺寸的棒的阵列的反谐振实现引导。由于径向上棒的数量可按意愿地增加，泄漏或限制损耗可以达到任意地小。然而，棒需要通过细玻璃支柱互连，而细玻璃支柱在最佳的反谐振下无法运作。因此，玻璃边界不能有效排斥电磁场，玻璃边界是固有地粗糙(至少在原子/分子级别)，这会产生表面散射，而表面散射是光子带隙纤维中损耗的主要根源。相比之下，在反谐振纤维中，反谐振来自统一尺寸的玻璃支柱，这些玻璃支柱环绕限制空气中的光线的芯。由于支柱能有效地排斥光线，在反谐振纤维中，通常散射损耗可以忽略不计。然而，已经设计出来的排列无一能允许多层相关地反射趋于从芯中泄漏出来的光线。因此，在反谐振纤维中，主要是泄漏损耗。关于反谐振纤维的另一点是，形成在玻璃支柱之间交接处的节点的存在，尤其是这些节点具有不同和多种厚度，并在反谐振区域内引入杂散及光谱稠密的谐振，由此增加了损耗。纤维已经发展到通过形成芯来解决这个问题，该芯被“负曲率”环绕，以使得节点被更远地推离空气引导模。此外，还开发了一种纤维，能通过产生不接触管的栅格来完全去除不想要的节点(2013年第21卷《光学快递》，第9514页到第9519页，Kolyadin等人所著)。这种纤维的无节点管栅格包括硅环，硅环包括在包层表面处的八个反谐振元件，每个元件是不接触的关系，就制造的反谐振纤维而言，代表了当前最先进的技术，显示出光谱范围从2.5微米至5微米之间的传输波段，最小损耗水平是4至5分贝/米，分别地，光谱波段在5.8微米时平均损耗是30分贝/米，光谱波段在7.7微米时平均损耗是50分贝/米。然而，在这种纤维中，限制损耗仍然比散射损耗高出很多。其原因在于，光限制是由仅仅一个玻璃支柱有效地产生，该玻璃支柱经由玻璃-空气边界处的两个菲涅尔反射方位角取向。更近期的，出现了一种有节点的反谐振纤维(2014年第39卷《光学快报》第1853页至第1856页，Belardi等人所著)，这种反谐振纤维包括硅环，硅环包括在包层表面处的八个一级反谐振元件，每个元件是接触的关系，且在每个一级反谐振元件内嵌套入至少另一反谐振元件。本专利技术旨在提供一种改进的纤维结构，特别是一种创新的纤维结构，能提供相当于或低于光子带隙纤维的衰减损耗且带宽与反谐振纤维一样宽。一方面，本专利技术提供了一种反谐振空芯纤维，该反谐振空芯纤维包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，第一管状包层元件界定了内部包层表面，该多个第二管状元件附接至该包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，该第二管状元件被间隔布置，且相邻的该第二管状元件之间具有间隔，及该多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中。在一个实施例中，该第二管状元件在包层表面处被布置成对称关系。在一个实施例中，该第一管状元件的截面是圆形。在一个实施例中，该第二管状元件的截面是圆形。在另一个实施例中，该第二管状元件径向上的尺寸比切向上的尺寸长，可选地，截面是椭圆形或卵形。在一个实施例中，一个或多个管状元件具有不同的截面形状。在一个实施例中，管状元件由玻璃制成，可选地，由硅制成。在一个实施例中，管状元件由玻璃制成，玻璃的折射率至少是约1.4，可选地，约1.4至约3，可选地，约1.4至约2.8。在一个实施例中，该第二管状元件的每个仅在该包层表面的单一位置处附接至该第一管状元件。在一个实施例中，该第三管状元件分别在该第二管状元件附接至该包层表面的位置处附接至相应的第二管状元件。在一个实施例中，相邻的第二管状元件的间隔和该第二管状元件的壁厚之比大于约0.5，可选地，大于约0.8，可选地，大于约1，及可选地，大于约2。在一个实施例中，相邻的第二管状元件的间隔和该第二管状元件的壁厚之比小于约12，可选地，小于约10，可选地，小于约8，及可选地，小于约6。在一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件具有大致相同的壁厚。在一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯的半径之比在约0.3至约1.0之间，可选地，在约0.35至约0.95之间。在另一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯的半径之比在约0.05至约0.4之间，可选地，在约0.1至约0.3之间，可选地，在约0.2至约0.3之间。在又一个实施例中，该第二管状元件和第三管状元件的径向内壁的径向间隔与芯半径之比在约0.8至约1.2之间，可选地，在约0.9至约1.2之间，可选地，在约1.0至约1.2之间。在一个实施例中，纤维在波长在约1.0微米和约2.5微米之间时，基本损耗小于0.15分贝/千米。在另一个实施例中，纤维在波长高达约2.7微米时，基本损耗约为1分贝/千米。在又一个实施例中，纤维在波长高达约5微米时，基本损耗小于1分贝/米。在又一个实施例中，纤维在波长高达约7微米时，基本损耗小于4分贝/米。在又一个实施例中，纤维在波长降至约0.8微米时，基本损耗小于约1分贝/千米。在一个实施例中，具有管状元件的材料的纤维所引导的光功率部分小于约1x10-3，可选地，小于约1x10-4。在一个实施例中，该芯半径可选地小于约50微米，可选地小于约40微米，可选地小于30微米，可选地小于约25微米，可选地小于约20微米，可选地小于约15微米，可选地小于约13微米。在一个实施例中，该纤维包括六个嵌套布置的管状元件。在另一个实施例中，该纤维包括三个、四个或者五个嵌套布置的管状元件。在一个实施例中，该纤维显示出有效的单模。在一个实施例中，基模和最低损耗高阶模之间的差别至少是一个数量级，可选地，至少两个数量级。在一个实施例中，管状元件的嵌套布置支持具有有效折射率(neff)的模，该有效折射率(neff)较之芯中的高阶模具有小于约0.001的有效模的差别(△neff)。在一个实施例中，该纤维在任何给定波长下，都允许选择任何模场直径(MFD)。本专利技术亦延伸至将上述的纤维与实芯纤维组合，可选地，直接接合，其中，空芯纤维具有与实芯纤维相匹配的模场直径。在一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反谐振空芯纤维，所述反谐振空芯纤维包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，所述第一管状包层元件界定了内部包层表面，所述多个第二管状元件附接至所述包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，所述第二管状元件被间隔布置，且相邻的所述第二管状元件之间具有间隔，及所述多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中，以提供嵌套管状布置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.06 GB 1410100.01.一种反谐振空芯纤维，所述反谐振空芯纤维包括第一管状包层元件、多个第二管状元件和多个第三管状元件，所述第一管状包层元件界定了内部包层表面，所述多个第二管状元件附接至所述包层表面并与其一起界定具有有效半径的芯，所述第二管状元件被间隔布置，且相邻的所述第二管状元件之间具有间隔，及所述多个第三管状元件中的每个都分别嵌套在一个相应的第二管状元件中，以提供嵌套管状布置。2.如权利要求1所述的纤维，其中，所述嵌套管状布置在所述包层表面处被布置成对称关系。3.如权利要求1或2所述的纤维，其中，所述第一管状元件的截面是圆形。4.如权利要求1至3中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件的截面是圆形。5.如权利要求1至3中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件径向上的尺寸比切向上的尺寸长，可选地，截面是椭圆形或卵形。6.如权利要求1至5中任一所述的纤维，其中，一个或多个所述管状元件具有不同的截面形状。7.如权利要求1至6中任一所述的纤维，其中，所述管状元件由玻璃制成，可选地，由硅制成。8.如权利要求7所述的纤维，其中，所述管状元件由玻璃制成，所述玻璃的折射率至少是约1.4，可选地，约1.4至约3，可选地，约1.4至约2.8。9.如权利要求1至8中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件的每个仅在所述包层表面的单一位置处附接至所述第一管状元件。10.如权利要求9所述的纤维，其中，所述第三管状元件分别在所述第二管状元件附接至所述包层表面的位置处附接至相应的所述第二管状元件。11.如权利要求1至10中任一所述的纤维，其中，所述相邻的第二管状元件的间隔和所述第二管状元件的壁厚之比大于约0.5，可选地，大于约0.8，可选地，大于约1，及可选地，大于约2。12.如权利要求1至11中任一所述的纤维，其中，所述相邻的第二管状元件的间隔和所述第二管状元件的壁厚之比小于约12，可选地，小于约10，可选地，小于约8，及可选地，小于约6。13.如权利要求1至12中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件具有大致相同的壁厚。14.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.3至约1.0之间，可选地，在约0.35至约0.95之间。15.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.05至约0.4之间，可选地，在约0.1至约0.3之间，可选地，在约0.2至约0.3之间。16.如权利要求1至13中任一所述的纤维，其中，所述第二管状元件和所述第三管状元件的径向内壁的径向间隔与所述芯的半径之比在约0.8至约1.2之间，可选地，在约0.9至约1.2之间，可选地，在约1.0至约1.2之间。17.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长在约1.0微米和约2.5微米之间时，基本损耗小于0.15分贝/千米。18.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约2.7微米时，基本损耗约为1分贝/千米。19.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约5微米时，基本损耗小于1分贝/米。20.如权利要求1至16中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长高达约7微米时，基本损耗小于4分贝/米。21.如权利要求1至20中任一所述的纤维，其中，所述纤维在波长降至约0.8微米时，基本损耗小于约1分贝/千米。22.如权利要求1至21中任一所述的纤维，其中，具有所述管状元件的材料的所述纤维所引导的光功率部分小于约1x10-3，可选地，小于约1x10-4。23.如权利要求1至22中任一所述的纤维，其中，所述芯半径可选地小于约50微米，可选地小于约40微米，可选地小于约30微米，可选地小于约25微米，可选地小于约20微米，可选地小于约15微米，可选地小于约13微米。24.如权利要求1至23中任一所述的纤维，其中，所述纤维包括六个嵌套布置的管状元件。25.如权利要求1至23中任一所述的纤维，其中，所述纤维包括三个、四个或者五个嵌套布置的管状元件。26.如权利要求1至25中任一所述的纤维，其中，所述纤维显示出有效的单模。27.如权利要求26所述的纤维，其中，基模和最低损耗高阶模之间的差别至少是一个数量级，可选地，至少两个数量级。28.如权利要求26或27所述的纤维，其中，管状元件的所述嵌套布置支持具有有效折射率(neff)的模，所述有效折射率(neff)较之所述芯中的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯科·波莱蒂，赛义德穆罕默德·阿博哈密·穆萨维，
申请(专利权)人：南安普敦大学，
类型：发明
国别省市：英国;GB