一种空心反谐振光纤制造技术

本发明专利技术公开一种空心反谐振光纤，通过在毛细管4内设置U形玻璃结构5与毛细管4的接触节点远离纤芯区域1，可以有效避免Fano谐振现象，从而使光纤具有稳定的损耗谱特征，获得较大的传输带宽，并且在保证较大的传输带宽的同时，通过调整U形玻璃结构5将毛细管4的空腔划分为第一类孔6和第二类孔7，使得毛细管4和U形玻璃结构5的空腔面积分布均匀，从而可以使得两个玻璃层(高折射率层)之间的泄漏更小，进而进一步降低光纤损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种空心反谐振光纤
本专利技术涉及光纤通信
，更具体地，涉及一种空心反谐振光纤。
技术介绍
随着全球互联网、物联网、数据中心、人工智能等领域的飞速发展，新型应用场景不断涌现。比如无人驾驶、云计算、VR/AR等，导致全球IP业务流量呈指数级增加，其信息传输严重依赖于通信系统的传输速率和传输容量，使得人们对通信网络的传输性能提出更高的需求。但由于材料固有的缺陷，实心光纤具有瑞利散射、材料色散、克尔非线性等问题，导致现有光纤的传输损耗难以进一步降低。因此，现有技术提出空心光纤，空心光纤以空气作为传播介质，使光信号以最快的速度沿光纤传播，且不会受光纤色散和非线性效应的影响，理论上其损耗特性要优于实心光纤。如空心反谐振光纤，其作为典型的空心光纤，基于反谐振反射光波导(ARROW)理论，通过在光纤包层引入一定厚度的玻璃来实现光波的相干相消，从而将模场约束在纤芯内，有效减少传输信号的能量泄漏。理论认为，当光波的波长满足谐振条件时损耗会达到峰值；而当满足反谐振条件时，即介于损耗峰值之间的波长具有低损耗，因此反谐振空心光纤具有宽带宽的工作波长范围。但是，如图1所示，现有的rod结构空心反谐振光纤通过玻璃棒将小的毛细管固定在大的毛细管内部，增加额外的反谐振层从而降低光纤损耗，可同时玻璃棒与大小毛细管连接，造成Fano谐振使损耗产生振荡，传输带宽也因此受限变窄。又如在中国申请的专利“一种低损耗空芯反谐振光纤”(公开日2020.07.31，公开号CN111474627A)所公开的光纤结构，如图2所示，其针对光纤的低损耗提出了多层空心反谐振光纤的设计，将联合的毛细管和弧形层固定在光纤的包层区域，使多个反谐振层束缚纤芯的光场，从而降低传输损耗，但是联合的毛细管会引入节点，不可避免的也会造成损耗光谱振荡，限制了传输带宽范围。可见，现有的空心反谐振光纤设计中，会通过添加额外的玻璃结构来降低损耗，但这些新增加的玻璃结构增加了传输光信号的接触节点，且节点靠近纤芯又会引起显著的Fano谐振现象，导致其损耗谱呈振荡变化状态，进而降低传输带宽，使工作波长范围变窄。然而，如果将新增加的玻璃结构设置在毛细管距离纤芯较远的一端，且仅保留一个接触点，即可以获得较大的传输带宽，但同时又会影响光纤损耗增大。因此，低损耗和宽带宽往往是矛盾的，如何在保证较大的传输带宽同时进一步降低光纤损耗是一个亟需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种空心反谐振光纤，能够在保证较大的传输带宽同时进一步降低光纤损耗。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：本专利技术实施例公开一种空心反谐振光纤，包括低折射率的纤芯区域1和高折射率的包层区域，所述包层区域包括内包层区域2和外包层区域3，所述外包层区域3依次包覆所述内包层区域2和所述纤芯区域1，所述内包层区域2包括毛细管4以及内部的U形玻璃结构5，所述U形玻璃结构5将所述毛细管4的空腔划分为第一类孔6和第二类孔7。进一步地，至少四个相同结构的毛细管4彼此间隔、呈均匀周向分布围绕纤芯区域1，所述毛细管4通过所述外包层区域3的内边缘固定，所述毛细管4内包括U形玻璃结构5，所述U形玻璃结构5的弧形端与所述毛细管4经向分离，所述U形玻璃结构5的厚度跟所述毛细管4的管壁厚度相同；所述U形玻璃结构5的弧形端半径r的取值范围为0.26*R～0.44*R，所述U形玻璃结构5的弧形端与所述毛细管4经向分离的距离z的取值范围为0.35*R～0.55*R，其中R为所述毛细管4的半径。进一步地，所述外包层区域3、所述毛细管4和所述U形玻璃结构5均为采用高折射率材料制成的高折射率物质，所述纤芯区域1和所述内包层区域2的空腔内、所述第一类孔6和所述第二类孔7内均填充有低折射率物质。进一步地，所述高折射率材料为二氧化硅、PVC软质水晶板或塑料；所述低折射率物质为气体或液体。进一步地，所述低折射率物质为空气。进一步地，所述U形玻璃结构5的开口端宽度为弧形端半径的两倍。进一步地，所述U形玻璃结构5的弧形端半径r的取值范围具体为0.41*R～0.44*R。进一步地，所述毛细管4的管壁厚度t通过以下公式表示：式中，λ为反谐振中心波长，M为反谐振阶数，M为大于或等于1的正整数，ng为所述高折射率物质的折射率，na为所述低折射率物质的折射率。进一步地，所述毛细管4的半径通过以下公式表示：式中，N为所述毛细管4的数量，N≥4，g为任意两个相邻的毛细管4之间的间隙，g>0，D为所述纤芯区域1的直径，t为所述毛细管4的管壁厚度。进一步地，所述任意两个相邻的毛细管4之间的间隙g的取值范围为1～5μm。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术公开一种空心反谐振光纤，通过在毛细管4内设置U形玻璃结构5与毛细管4的接触节点远离纤芯区域1，可以有效避免Fano谐振现象，从而使光纤具有稳定的损耗谱特征，获得较大的传输带宽，并且在保证较大的传输带宽的同时，通过调整U形玻璃结构5将毛细管4的空腔划分为第一类孔6和第二类孔7，使得毛细管4和U形玻璃结构5的空腔面积分布均匀，从而可以使得两个玻璃层(高折射率层)之间的泄漏更小，进而进一步降低光纤损耗。附图说明图1是现有的一种空心反谐振光纤的结构示意图。图2是现有的一种低损耗空心反谐振光纤的结构示意图。图3为本专利技术实施例一种空心反谐振光纤的结构示意图。图4为本专利技术实施例一种空心反谐振光纤的参数标注图。图5为本专利技术实施例一种空心反谐振光纤的模场分布仿真图。图6为实施例1光纤基模的损耗谱。图7为实施例1高阶模的损耗谱和损耗比谱。图8为实施例2光纤基模的损耗谱。图9为实施例2高阶模的损耗谱和损耗比谱。其中：1、纤芯区域；2、内包层区域；3、外包层区域；4、毛细管；5、U形玻璃结构；6、第一类孔；7、第二类孔。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。如图3所示，本专利技术实施例提供一种空心反谐振光纤，包括低折射率的纤芯区域1和高折射率的包层区域，包层区域包括内包层区域2和外包层区域3，外包层区域3依次包覆内包层区域2和纤芯区域1，内包层区域2包括毛细管4以及内部的U形玻璃结构5，U形玻璃结构5将毛细管4的空腔划分为第一类孔6和第二类孔7。可选地，至少四个相同结构的毛细管4彼此间隔、呈均匀周向分布围绕纤芯区域1，毛细管4通过外包层区域3的内边缘固定，毛细管4内包括U形玻璃结构5，U形玻璃结构5的弧形端与毛细管4经向分离，U形玻璃结构5的厚度跟毛细管4的管壁厚度相同。其中，至少四个相同结构的毛细管4的直径、折射率分布和厚度均相同。可选地，外包层区域3、毛细管4和U形玻璃结构5均为采用高折射率材料制成的高折射率物质，该高折射率材料一般可为二氧化硅(俗称玻璃)、PVC软质水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心反谐振光纤，其特征在于，包括低折射率的纤芯区域(1)和高折射率的包层区域，所述包层区域包括内包层区域(2)和外包层区域(3)，所述外包层区域(3)依次包覆所述内包层区域(2)和所述纤芯区域(1)，所述内包层区域(2)包括毛细管(4)以及内部的U形玻璃结构(5)，所述U形玻璃结构(5)将所述毛细管(4)的空腔划分为第一类孔(6)和第二类孔(7)。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心反谐振光纤，其特征在于，包括低折射率的纤芯区域(1)和高折射率的包层区域，所述包层区域包括内包层区域(2)和外包层区域(3)，所述外包层区域(3)依次包覆所述内包层区域(2)和所述纤芯区域(1)，所述内包层区域(2)包括毛细管(4)以及内部的U形玻璃结构(5)，所述U形玻璃结构(5)将所述毛细管(4)的空腔划分为第一类孔(6)和第二类孔(7)。


2.根据权利要求1所述的一种空心反谐振光纤，其特征在于，至少四个相同结构的毛细管(4)彼此间隔、呈均匀周向分布围绕所述纤芯区域(1)，所述毛细管(4)通过所述外包层区域(3)的内边缘固定，所述U形玻璃结构(5)的弧形端与所述毛细管(4)经向分离，所述U形玻璃结构(5)的厚度跟所述毛细管(4)的管壁厚度相同；所述U形玻璃结构(5)的弧形端半径r的取值范围为0.26*R～0.44*R，所述U形玻璃结构(5)的弧形端与所述毛细管(4)经向分离的距离z的取值范围为0.35*R～0.55*R，其中R为所述毛细管(4)的半径。


3.根据权利要求1所述的一种空心反谐振光纤，其特征在于，所述外包层区域(3)、所述毛细管(4)和所述U形玻璃结构(5)均为采用高折射率材料制成的高折射率物质，所述纤芯区域(1)和所述内包层区域(2)的空腔内、所述第一类孔(6)和所述第二类孔(7)内均填充有低折射率物质。


4.根据权利要求3所述的一种空心反...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦玉文，郑伟钦，李建平，付松年，许鸥，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44