一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法，该制备方法在固态套管内紧贴管壁环形均匀间隔排布一圈微毛细管，半数以下的外径小于或大于其余微毛细管的外径，所有微毛细管所围成的中间孔洞的径向截面呈椭圆形；接着在中间孔洞的两轴端各插入一根辅助毛细棒，在两轴端的空间中插入不同尺寸的支撑毛细棒，得到堆栈体；对堆栈体的中腹部进行拉制，主动控制各区域的压力；将拉制得到的堆栈体中间体插入包层套管内，形成光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤制备，在光纤制备过程中主动控制各区域的压力；优点是制备得到的光纤的制备成本低、损耗低、色散低、传输快，且双折射值可以在制备过程中通过气压控制调整。

【技术实现步骤摘要】
一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法
本专利技术涉及一种光纤及其制备方法，尤其是涉及一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法。
技术介绍
保偏光纤作为特种光纤的一种，顾名思义，能传输线偏振光，并保持光的偏振态在传输过程中不变或很少变化。保偏光纤被广泛应用于航天航空、工业制造、无人驾驶、通信等多个领域。光纤保偏的实现方式有两种：一种实现方式是在纤芯两边对称地添加应力区(例如使用硼硅酸盐玻璃作为应力区材料)，基于内应力提高纤芯的双折射，实现保偏效果，此类常见的光纤有熊猫型光纤或领结型光纤；另一种实现方式是将纤芯做成椭圆形，基于模场几何形态非中心对称性提高纤芯的双折射，实现保偏，这种实现方式的光纤结构复杂，需要较高的制备技术。因此，熊猫型保偏光纤是目前广泛应用的一种保偏光纤，应用于军工、国防等重要领域。例如：在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。保偏光纤作为传感单元，光纤陀螺及光纤水听器等可被用于军事，而保偏光纤又是其核心部件，因而保偏光纤曾经被西方发达国家列入对我国禁运的清单。空芯光纤是一种特殊的微结构光纤，与实芯光纤基于全反射原理导光不同，在空芯光纤中，光可以局限在折射率小于光纤材料的空芯纤芯中并沿光纤轴向传导。根据导光原理的不同，空芯光纤主要分为两类：一、基于光子带隙效应的光子晶体光纤；二、基于反谐振效应的反谐振光纤。其中，第二种常见的空芯反谐振光纤又包括Kagomé包层栅格空芯光纤和single-ring空芯反谐振光纤。空芯光纤具有传统的实芯光纤无法实现的特点，例如：(1)通过结构优化，可以使99％光在空气/真空中传播；(2)光纤的纤芯为空气，可以填充各种气体或液体，提高光与物质的相互作用；(3)空气对光的吸收极低，光波导介质材料对光在各个波长的吸收都大大减少，从而大幅降低了光纤传输损耗。综上所述的各种空芯光纤的特色和优势，使得空芯光纤在多个领域有广泛的应用：(1)由于99％光在空气/真空中传播，因此具有极低非线性和瑞利散射，原则上可以实现超低损耗，低色散和极高的激光损伤阈值，可作为高功率激光远程传输；(2)可以在光纤的纤芯中填充非线性气体，并利用气压控制其非线性参数，高能脉冲在纤芯中传输，同时与非线性气体相互作用，极高的峰值功率可以激发多重非线性效应，实现新频率转换，例如极紫外至深紫外的色散波产生、超连续光谱、孤子蓝移、气体等离子化、高次谐波等现象，为开发新光源提供了一个极佳的平台；(3)由于光在空芯纤芯中传播，材料对光的吸收大大减少，因此，空芯光纤的导光窗口可以通过结构优化扩展到紫外至中红外区间，远远超过了传统的实芯光纤的导光区间。例如，美国麻省理工学院研发的基于一维光子带隙效应的空芯光纤，可以实现10.6微米二氧化碳激光器的传能，这种空芯光纤已在医疗上获得了广泛应用。目前，空芯光纤的制备技术仅为极少数国外研究所及公司所掌握，制备难度极大，技术细节保密。虽然国内部分高校近年已开展空芯光纤研发并取得一定成果，但整体工艺水平、产品质量都与国外还有很大差距。另一方面，空芯保偏光纤，综合了保偏光纤和空芯光纤的优点，在多个领域有极高的应用潜力，例如特种偏振输出的激光器、基于偏振态变化的各种传感器等。但是，由于空芯保偏光纤设计和制备难度极大，因此目前国际上也仅有少数公司提出一至两种实验性方案，而国内没有公司或科研单位能提供任何具有自主知识产权的样品展示。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法，其实现了空芯光纤结构中的保偏功能，该空芯保偏反谐振光纤的制备成本低、损耗低、色散低、传输快，且双折射值可以在制备过程中通过气压控制调整。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种空芯保偏反谐振光纤，包括具有高折射率的包层区域和具有低折射率的空芯纤芯区域，其特征在于：所述的包层区域由外包层和内包层组成，所述的外包层、所述的内包层、所述的空芯纤芯区域自外向内依次分布，所述的内包层由紧贴所述的外包层的内壁环形均匀间隔排布的多个微毛细管及所述的微毛细管之间的空隙组成，即微毛细管的外壁与外包层的内壁紧贴，为了实现保偏结构，其中半数以下的所述的微毛细管的外径小于或大于其余所述的微毛细管的外径，且定义这半数以下的所述的微毛细管为第一微毛细管，而定义其余所述的微毛细管为第二微毛细管，所有所述的第一微毛细管和所述的第二微毛细管在径向截面的位置布置的标准为使它们所围成的所述的空芯纤芯区域的径向截面呈椭圆形。所述的第一微毛细管和所述的第二微毛细管的管壁厚为0.2～5微米，第一微毛细管和第二微毛细管的管壁厚决定了该空芯保偏反谐振光纤的导光区间；所述的空隙的大小为所述的第二微毛细管的外径与所述的空芯纤芯区域的短轴和长轴的平均值的比值，且比值的取值范围在0.1～0.9之间，微毛细管之间的空隙对光纤损耗是非常重要的因素，引入空隙，采用不相连的结构可以有效地减少微毛细管的表面光学模式的存在，从而减小纤芯模式和表面光学模式的相互耦合，进而降低光纤的损耗，空隙的大小一般可用第二微毛细管的外径与空芯纤芯区域的短轴和长轴的平均值的比值来定义，这个比值决定了微毛细管的数量。所述的微毛细管的数量不限，一般为4～12个，微毛细管的外径为微米量级。所述的外包层由固态套管和套设于所述的固态套管外的包层套管熔融成一体构成，所述的固态套管的管壁厚为20～150微米。固态套管通常为一层较厚的固态材料形成的保护环形结构。所述的固态套管、所述的包层套管和所述的微毛细管的制作材料为二氧化硅、重金属氧化物玻璃、硫化物玻璃、硒化物玻璃、碲化物玻璃或高分子聚合物。高分子聚合物如PMMA、PES等。一种空芯保偏反谐振光纤的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：选取一根固态套管；然后在固态套管的管孔内紧贴管壁环形均匀间隔排布一圈微毛细管，即使得所有微毛细管的外壁与固态套管的内壁紧贴，其中半数以下的微毛细管的外径小于或大于其余微毛细管的外径，且将这半数以下的微毛细管定义为第一微毛细管，而将其余微毛细管定义为第二微毛细管，所有第一微毛细管和第二微毛细管沿固态套管的管孔管壁的位置布置的标准为使它们所围成的中间孔洞的径向截面呈椭圆形；接着在中间孔洞的两轴端各插入一根与中间孔洞相适配的辅助毛细棒，并使辅助毛细棒的外壁与最大外径的微毛细管的外壁紧贴，辅助毛细棒的外轴端面与固态套管的轴端面齐平；再在固态套管的管孔两轴端，向相邻两根微毛细管的外壁之间的空隙中、以及除最大外径的微毛细管外的其余微毛细管的外壁与辅助毛细棒的外壁之间插入不同尺寸的支撑毛细棒，以维持所有微毛细管的位置不发生变化，支撑毛细棒的外轴端面与固态套管的轴端面齐平，至此得到两轴端形成多点支撑而中腹部形成悬挂的堆栈体；其中，固态套管和微毛细管的轴向长度为1～1.5米，辅助毛细棒和支撑毛细棒的轴向长度为5～10厘米；辅助毛细棒和支撑毛细棒形成完整的“多点支撑”，而堆栈预制棒的中腹部没有辅助毛细棒和支撑毛细棒，仅存在微毛细管，形成实际结构的“悬挂”。步骤2：仅对堆栈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空芯保偏反谐振光纤，包括具有高折射率的包层区域和具有低折射率的空芯纤芯区域，其特征在于：所述的包层区域由外包层和内包层组成，所述的外包层、所述的内包层、所述的空芯纤芯区域自外向内依次分布，所述的内包层由紧贴所述的外包层的内壁环形均匀间隔排布的多个微毛细管及所述的微毛细管之间的空隙组成，其中半数以下的所述的微毛细管的外径小于或大于其余所述的微毛细管的外径，且定义这半数以下的所述的微毛细管为第一微毛细管，而定义其余所述的微毛细管为第二微毛细管，所有所述的第一微毛细管和所述的第二微毛细管在径向截面的位置布置的标准为使它们所围成的所述的空芯纤芯区域的径向截面呈椭圆形。/n

【技术特征摘要】
1.一种空芯保偏反谐振光纤，包括具有高折射率的包层区域和具有低折射率的空芯纤芯区域，其特征在于：所述的包层区域由外包层和内包层组成，所述的外包层、所述的内包层、所述的空芯纤芯区域自外向内依次分布，所述的内包层由紧贴所述的外包层的内壁环形均匀间隔排布的多个微毛细管及所述的微毛细管之间的空隙组成，其中半数以下的所述的微毛细管的外径小于或大于其余所述的微毛细管的外径，且定义这半数以下的所述的微毛细管为第一微毛细管，而定义其余所述的微毛细管为第二微毛细管，所有所述的第一微毛细管和所述的第二微毛细管在径向截面的位置布置的标准为使它们所围成的所述的空芯纤芯区域的径向截面呈椭圆形。


2.根据权利要求1所述的一种空芯保偏反谐振光纤，其特征在于：所述的第一微毛细管和所述的第二微毛细管的管壁厚为0.2～5微米；所述的空隙的大小为所述的第二微毛细管的外径与所述的空芯纤芯区域的短轴和长轴的平均值的比值，且比值的取值范围在0.1～0.9之间。


3.根据权利要求2所述的一种空芯保偏反谐振光纤，其特征在于：所述的微毛细管的数量为4～12个。


4.根据权利要求1所述的一种空芯保偏反谐振光纤，其特征在于：所述的外包层由固态套管和套设于所述的固态套管外的包层套管熔融成一体构成，所述的固态套管的管壁厚为20～150微米。


5.根据权利要求4所述的一种空芯保偏反谐振光纤，其特征在于：所述的固态套管、所述的包层套管和所述的微毛细管的制作材料为二氧化硅、重金属氧化物玻璃、硫化物玻璃、硒化物玻璃、碲化物玻璃或高分子聚合物。


6.一种空芯保偏反谐振光纤的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：选取一根固态套管；然后在固态套管的管孔内紧贴管壁环形均匀间隔排布一圈微毛细管，其中半数以下的微毛细管的外径小于或大于其余微毛细管的外径，且将这半数以下的微毛细管定义为第一微毛细管，而将其余微毛细管定义为第二微毛...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昕，郑羽，付晓松，邹琪琳，
申请(专利权)人：艾菲博宁波光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33