制造空芯光纤和空芯光纤预制件的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造反谐振空芯光纤的方法，反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括几个反谐振元件。本公开的方法包括以下步骤：提供包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸；提供若干个管状反谐振元件预制棒；将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的初级预制件；将所述初级预制件再加工成次级预制件，其中所述再加工包括拉伸，以及将所述次级预制件拉制成所述空芯光纤。为了基于此以足够稳定和可重复的方式实现反谐振元件的高精度及其精确定位，根据本发明专利技术建议，在所述拉伸所述初级预制件后，所述初级预制件的先前的所述管状反谐振元件预制棒中的至少一部分具有卵形外截面形状，所述外截面形状具有最长截面轴线A

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造空芯光纤和空芯光纤预制件的方法


[0001]本专利技术涉及一种制造反谐振空芯光纤的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括若干个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
[0002](a)提供包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸，
[0003](b)提供若干个管状反谐振元件预制棒，
[0004](c)将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的初级预制件，
[0005](d)将所述初级预制件再加工成次级预制件，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤，其中所述再加工包括拉伸以及可选地一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
[0006](i)塌缩，
[0007](ii)塌缩和同时拉伸，
[0008](iii)塌缩附加包层材料，
[0009](iv)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
[0010](v)塌缩附加包层材料和同时拉伸，以及
[0011](e)将所述次级预制件拉制成所述空芯光纤，
[0012]此外，本专利技术还涉及一种制造反谐振空芯光纤预制件的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的包层区域，所述包层区域包括几个反谐振元件，所述方法包括以下步骤：
[0013](a)提供包层管，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁沿所述包层管纵轴线延伸，
[0014](b)提供若干个管状反谐振元件预制棒，
[0015](c)将所述反谐振元件预制棒布置在所述包层管壁的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的初级预制件，以及
[0016](d)将所述初级预制件再加工成所述空芯光纤的次级预制件，其中所述再加工包括拉伸以及可选地一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：
[0017](i)塌缩，
[0018](ii)塌缩和同时拉伸，
[0019](iii)塌缩附加包层材料，
[0020](iv)塌缩附加包层材料和随后拉伸，
[0021](v)塌缩附加包层材料和同时拉伸。
[0022]由固体材料制成的常规单模光纤具有由玻璃制成的纤芯区域，纤芯区域被由较低折射率玻璃制成的包层区域包围。其中光传导基于纤芯和包层区域之间的全反射。然而，与高能辐射相比，导入光与固体材料的相互作用与数据传输延迟的增加和相对较低的损伤阈
值有关。
[0023]“空芯光纤”避免或减少了这些缺点，其中纤芯包括填充有气体或液体的空腔。光与玻璃的相互作用在空芯光纤中比在实芯光纤中小。纤芯的折射率小于包层的折射率，因此光无法通过全反射传导，通常会从纤芯逃逸到包层中。根据光传导的物理机制，空芯光纤分为“光子带隙光纤”和“反谐振反射光纤”。
[0024]在“光子带隙光纤”中，空芯区域被包层包围，包层中周期性地布置着小的中空通道。包层的中空通道的周期性结构引起基于半导体技术称为“光子带隙”的效应，根据该效应，散射在包层结构处的特定波长范围的光由于中心空腔中的布拉格反射而相长干涉，且不能在包层中横向传播。
[0025]在称为“反谐振空芯光纤”(“antiresonant hollow
‑
core fibers”；ARHCF)的空芯光纤的实施方式中，空芯区域被内包层区域包围，其中布置着所谓的“反谐振的元件”(或“反谐振元件”；简称：“ARE”)。围绕空芯均匀分布的反谐振元件壁可当作在反谐振中运作的法布里
‑
珀罗谐振腔，该谐振腔反射入射光并将其引导通过纤芯。
[0026]这种光纤技术保证了低光衰减、极宽的透射光谱范围(也在紫外或红外波长范围内)和数据传输的低延迟。
[0027]空芯光纤的潜在应用领域是数据传输、高性能光束引导，例如用于材料加工、模态滤波、非线性光学，特别是用于从紫外到红外波长范围的超连续谱生产。

技术介绍

[0028]反谐振空芯光纤的一个缺点是高阶模式不一定会被抑制，因此它们在长距离传输中通常不是纯单模，并且输出光束的质量会变差。
[0029]Francesco Poletti的论文“Nested antiresonant nodeless hollow core fiber[嵌套反谐振无节点式空芯光纤]”；Optics Express,Vol.22,No.20(2014)[光学快报，第22卷，第20期(2014年)]；DOI:10.1364/OE 22.023807，提出了一种光纤设计，其中反谐振元件不是设计为简单的单一结构元件，而是由几个相互嵌套的(英语：nested)结构元件组成。这种嵌套反谐振元件如此构造而成，使高阶纤芯模与包层模相位匹配，且高阶纤芯模而非纤芯基模被抑制。这样始终保证纤芯基模的传输，并且空芯光纤可在有限的波长范围内被有效地制成单模。
[0030]有效的模式抑制取决于传输光的中心波长和光纤设计的结构参数，如空芯半径和反谐振元件中嵌套环结构的直径差异。
[0031]EP 3 136 143 A1公开了一种反谐振空芯光纤(该文中称为“无带隙的空芯光纤”)，其中纤芯除了基模之外还可以传导其他模式。为此，它被具有“非谐振元件”的内包层包围，这些“非谐振元件”使反谐振模式与更高模式的相位匹配。空芯光纤是使用所谓的“堆叠
‑
拉丝技术”制造的，其中将起始元件布置成一个轴向平行的整体且固定至预制件，然后拉伸预制件。在此，使用具有六边形内截面的包层管，且将六个所谓的“ARE预制件”(反谐振元件预制件)固定在该包层管的内边缘中。分两步将该预制件拉制成空芯光纤。
[0032]WO 2018/169487 A1公开了一种制造反谐振空芯光纤预制件的方法，其中第一包层区域包括多个棒，第二包层区域包括多个被包层管包围的管。通过“堆叠
‑
拉丝”技术将棒、管和包层管结合到一起形成预制件。在拉伸预制件之前，通过涂抹密封剂密封预制件的
端部。例如，将UV粘合剂用作密封剂。
[0033]技术问题
[0034]反谐振空芯光纤，特别是那些具有嵌套结构元件的光纤，具有复杂的内部几何形状，这使得精确且可重复地生产它们变得困难。尤其困难的是，为了保持谐振或反谐振条件，甚至不能容忍传导光的工作波长在数量级上的微小范围偏差。与目标几何形状的偏差可能是由光纤预制件的配置造成的，也可能是由于在光纤拉制过程中出现不想要的，超出比例的变形。
[0035]在已知的“堆叠
‑
拉丝”技术中，许多元件必须位置精确地接合在一起。例如，为了制造上述论文公开的“NANF”设计的空芯光纤，必须将六个反谐振元件预制棒装接到包层管的内表面处，这些反谐振元件预制棒各自由反谐振元件外管(简称：ARE外管)和单面焊接在ARE外管的内包络面处的反谐振元件内管(简称：ARE内管)组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造反谐振空芯光纤(33)的方法，所述反谐振空芯光纤具有沿光纤纵轴线延伸的空芯和包围所述空芯的内包层区域，所述内包层区域包括几个反谐振元件，所述方法具有以下步骤：(a)提供包层管(1)，所述包层管具有包层管内孔和包层管纵轴线，由内表面和外表面限定的包层管壁(2)沿所述包层管纵轴线延伸，(b)提供若干个管状反谐振元件预制棒(4；34)，(c)将所述反谐振元件预制棒(4；34)布置在所述包层管壁(2)的所述内表面的规定位置处，以形成具有空芯区域和内包层区域的初级预制件(3；31)，(d)将所述初级预制件(3；31)再加工成次级预制件(32)，由所述次级预制件拉制成所述空芯光纤(33)，其中所述再加工包括拉伸以及可选地一次或重复执行以下热成型过程的一项或几项：(i)塌缩，(ii)塌缩和同时拉伸，(iii)塌缩附加包层材料，(iv)塌缩附加包层材料和随后拉伸，(v)塌缩附加包层材料和同时拉伸，以及(e)将所述次级预制件(32)拉制成所述空芯光纤(33)，其特征在于，在根据方法步骤(d)所述拉伸后，所述初级预制件(3；31)的先前的所述管状反谐振元件预制棒(4；34)中的至少一部分具有卵形外截面形状，所述卵形外截面形状具有最长截面轴线A
L
和最短截面轴线A
K
，其中轴线长度比A
L
/A
K
在介于1.01和1.27之间的范围内，并且其中从所述包层管纵轴线看，所述最短截面轴线A
K
在径向方向上延伸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管状反谐振元件预制棒(4；34)中的至少一部分由几个相互嵌套的结构元件(4a；4b)组成并且包括至少一个ARE外管(4a)和在所述ARE外管(4a)中且平行于所述ARE外管纵轴线延伸的ARE内管(4b)，其中所述ARE外管(4a)具有卵形的，优选椭圆形的，轴线长度比A
L
/A
K
在介于1.07和1.27之间的范围内的外截面形状，并且所述ARE内管(4b)具有卵形的，优选椭圆形的，轴线长度比A
L
/A
K
在介于1.01和1.05之间的范围内的外截面形状。3.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述初级预制件(3；31)具有在20mm至70mm的范围内的外径。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在所述拉伸时将所述初级预制件(3；31)以某一个进料速度连续地送进加热区，使其在所述加热区中逐区软化，并且将其以某一个出料速度从所述加热区中移出，其中如此设置所述进料速度，使得通过量至少为0.8g/min，优选为在0.8g/min至85g/min的范围内，并且特别优选为在3.3g/min至85g/min的范围内，并且在所述加热区中的平均停留时间小于25min，优选在5min至25min的范围内。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，将所述拉伸时的拉伸比设为在1.05至10的范围内的值，优选地在1.05至5的范围内。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，为所述拉伸所述初级预制件(3；31)使用温度受控的加热区，所述加热区的目标温度准确地保持在+/
‑
0.1℃内。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，使用含SiO2非晶颗粒的密...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：贺利氏石英玻璃有限两合公司，
类型：发明
国别省市：