一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法，其目的在于通过在空芯微结构光纤预制棒的嵌套结构单元中引入支撑片，不仅在不增加玻璃管嵌套层数的前提下增加了反射面，而且相比于相切结构嵌套的玻璃管，支撑片更容易准确定位，提高制造精度，由此解决现有的反谐振光纤通过增加嵌套微结构单元的层数来增加反射面导致的反射面曲率控制困难，制作精度低、实际损耗与理论损耗差距较大或批次一致性差的技术问题。一致性差的技术问题。一致性差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法


[0001]本专利技术属于光纤通信
，更具体地，涉及一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]空芯微结构光纤具有结构简单、空芯单模导光、传输谱宽的特点，在光与填充物质相互作用、非线性光学、气体检测、气体激光产生、光流体技术等领域都具有重要的应用；大空气孔纤芯导光具有超低的瑞利散射、低非线性系数、色散可调特性，可以提供更高的激光损伤阈值，使其在高功率激光传输、紫外/中红外光传输、脉冲压缩和光孤子传输等方面有潜在的应用；空气芯的超低损耗、低色散、低非线性、接近光速的传播速度，可实现空芯光纤通信传输及通信器件的开发，为下一代超大容量、低延迟、高速光通信系统的建设发展奠定基础。
[0003]即使空芯光纤在设计和应用方面有很大优势，然而其传输损耗一直高于传统的石英光纤，近年来人们惊讶的发现基于反谐振原理的空芯光纤在合理的结构设计之下，能有效的减小传输损耗，具有作为超长距离通信光纤的潜力。进一步降低衰减，仍然是空芯微结构光纤成为光纤制造领域的一个重要课题。已有的研究表明：通过结构设计增加玻璃薄膜的层数并控制每一层玻璃薄膜的曲率，使得这种光纤能够在任意波长都提供比现有常规光纤更低的损耗。
[0004]现有技术中，往往通过负曲率的包层设计和无节点结构来降低空芯光纤的衰减。文献US10989866B2提出了一种由外包层区域和外包层区域周围的7个空芯管组成的空芯光子晶体光纤，将每一个空芯管熔接到外包层上，形成环形，空芯管彼此不接触，与相邻的空芯管有距离，每个空芯管都有一个平均外径d2和平均内径d1，其中d1/d2等于或大于约0.8，从而控制玻璃薄膜的曲率，这样空芯光纤的衰减可以做到30dB/km。但是通过反射面曲率进一步降低衰减将受到限制，导致其应用场景受限，于是涌现了一批通过在包层毛细管中增加反谐振层的数量来实现更低的光纤衰减性能的技术。
[0005]文献US10527782B2提出了通过嵌套相切的毛细管方式来增加反谐振层数量，可以在一定程度上降低衰减。但是其反谐振层的数量只有5层，导致其衰减水平仍然比常规石英光纤衰减要高，无法满足长距离光纤传输。
[0006]然而目前由于不断增加结构单元层数来降低反谐振光纤的损耗，使得其制备控制极其困难，具体而言：反射薄膜的曲率控制难度也随着结构单元层数增加而增加，相切圆管连接的方式在制备控制方面不易控制，使得多个结构单元之间的一致性不理想。总体而言目前的具备多层反射面的空芯微结构反谐振光纤，在实际制造过程中成品率低且批次一致性差。以上问题，导致目前设计的低损耗反谐振光纤批量化生产困难。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种空芯微结构光纤预制
棒、光纤及其制备方法，其目的在于通过在空芯微结构光纤预制棒的嵌套结构单元中引入支撑片，不仅在不增加玻璃管嵌套层数的前提下增加了反射面，而且相比于相切结构嵌套的玻璃管，支撑片更容易准确定位，提高制造精度，由此解决现有的反谐振光纤通过增加嵌套微结构单元的层数来增加反射面导致的反射面曲率控制困难，制作精度低、实际损耗与理论损耗差距较大或批次一致性差的技术问题。
[0008]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，包括包层空芯套管、以及排列在所述包层空芯套管内壁的多个嵌套结构单元，所述嵌套单元用于形成其内切圆尺寸的空气纤芯区域；所述嵌套结构单元，包括多层嵌套的玻璃管；
[0009]所述多层嵌套的玻璃管中至少一组相邻嵌套的玻璃管之间设有支撑片；所述支撑片，将所述相邻嵌套的玻璃管稳固固定，使得所述相邻嵌套的玻璃管形成至少7个反射面。
[0010]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述支撑片分布于所述反射面法线以外，所述反射面的法线经过所述预制棒横截面的几何中心。
[0011]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述支撑片与反射面切向方向平行。
[0012]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述相邻嵌套的玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置或关于嵌套结构单元的几何中心对称设置。
[0013]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述相邻嵌套的玻璃管中至少一个具有圆形横截面；优选所述相邻嵌套的玻璃管中外侧玻璃管具有圆形横截面。
[0014]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述嵌套结构单元，包括同心嵌套的内玻璃管和外玻璃管，所述内玻璃管和外玻璃管具有圆形横截面；所述内玻璃管和外玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置于内玻璃管的直径上。
[0015]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其包括4个或以上的嵌套结构单元。
[0016]按照本专利技术的另一个方面，提供了所述的空芯微结构光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
[0017]嵌套结构单元的组装：对于相邻的具有支撑片的嵌套的玻璃管，由内而外的将支撑片与嵌套玻璃管在预设的位置按照预设方向固定；
[0018]包层空芯套管组装：将预设数量的嵌套结构单元嵌套于包层空芯套管中，以支撑片为定位，使嵌套结构单元与包层空芯套管处于预设的位置固定。
[0019]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其所述嵌套结构单元的组装具体为：
[0020]首先将内侧玻璃管与支撑片固定，固定过程采用辅助模具，保持支撑片与内侧玻璃管的相对位置；
[0021]然后将固定有支撑片的内侧玻璃管与外侧玻璃管嵌套，侧向放置使得支撑片与外侧玻璃管处于预设的位置并固定。
[0022]优选地，所述空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其所述以支撑片为定位，采用横截面图像法进行机器视觉定位或者采用端面套模进行机械定位。
[0023]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种空芯微结构光纤，其包括具有多个嵌套微结构的包层外套管；所述多个嵌套微结构包围形成纤芯区域；所述嵌套微结构分布于所述
包层外套管内壁，与所述包层外套管内壁相切固定；
[0024]所述嵌套结构至少由外而内的包括嵌套的第一与第二反谐振环，所述第一与第二反谐振环之间具有连接桥，所述嵌套微结构至少具有第一与第二反谐振环形成的7个反射面。
[0025]优选地，所述空芯微结构光纤，其所述多个嵌套微结构中与空芯微结构光纤轴线距离相同的反射面的内切圆将包层划分为多个区域，由内而外分别是直径为D0的纤芯区域、直径为D1的第一反谐振环、直径为D2的第二反谐振环以及厚度为T0的连接桥；其芯层区域直径D0为10～50um，更优的所述的芯层区域直径D0为10～20um，或者更优的所述的芯层区域直径D0为20～30um，或者更优的所述的芯层区域直径D0为30～40um，或者更优的所述的芯层区域直径D0为40～50um；
[0026]第一反谐振环等效面积S1为20～1600um2，第二反谐振环等效外径S2为3～500um2；所述第一反谐振环壁厚T1为0.1～2.0um，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，包括包层空芯套管、以及排列在所述包层空芯套管内壁的多个嵌套结构单元，所述嵌套单元用于形成其内切圆尺寸的空气纤芯区域；所述嵌套结构单元，包括多层嵌套的玻璃管；所述多层嵌套的玻璃管中至少一组相邻嵌套的玻璃管之间设有支撑片；所述支撑片，将所述相邻嵌套的玻璃管稳固固定，使得所述相邻嵌套的玻璃管形成至少7个反射面。2.如权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，所述支撑片分布于所述反射面法线以外，所述反射面的法线经过所述预制棒横截面的几何中心。3.如权利要求1或2所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，所述支撑片与反射面切向方向平行。4.如权利要求1或2所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，所述相邻嵌套的玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置或关于嵌套结构单元的几何中心对称设置。5.如权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，所述相邻嵌套的玻璃管中至少一个具有圆形横截面；优选所述相邻嵌套的玻璃管中外侧玻璃管具有圆形横截面。6.如权利要求1至5任意一项所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，所述嵌套结构单元，包括同心嵌套的内玻璃管和外玻璃管，所述内玻璃管和外玻璃管具有圆形横截面；所述内玻璃管和外玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置于内玻璃管的直径上。7.如权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，包括4个或以上的嵌套结构单元。8.如权利要求1至7任意一项所述的空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：嵌套结构单元的组装：对于相邻的具有支撑片的嵌套的玻璃管，由内而外的将支撑片与嵌套玻璃管在预设的位置按照预设方向固定；包层空芯套管组装：将预设数量的嵌套结构单元嵌套于包层空芯套管中，以支撑片为定位，使嵌套结构单元与包层空芯套管处于预设的位置固定。9.如权利要求8所述的空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述嵌套结构单元的组装具体为：首先将内侧玻璃管与支撑片固定，固定过程采用辅助模具，保持支撑片与内侧玻璃管的相对位置；然后将固定有支撑片的内侧玻璃管与外侧玻璃管嵌套，侧向放置使得支撑片与外侧玻璃管处于预设的位置并固定。10.如权利要求8所述的空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述以支撑片为定位，采用横截面图像法进行机器视觉定位或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，兰小波，罗杰，田巧丽，张磊，谭鑫，毛明锋，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：