一种部分掺杂空芯反谐振嵌套单元及光纤结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种部分掺杂空芯反谐振嵌套单元及光纤结构，包括圆形反谐振管(1)，圆形反谐振管(1)内部安装椭圆反谐振管(2)，从横截剖面上看，椭圆反谐振管(2)的长轴端外壁和圆形反谐振管(1)上C点处的内壁相接触，圆形反谐振管(1)的管壁上有一段掺杂段AB，AB段正对C点。本专利提出的空芯反谐振嵌套单元，在反谐振包层管特定弧长段上进行稀土掺杂，从而调控基模的增益放大特性，抑制高阶模的增益，增大高阶模的损耗，将嵌套单元应用在光纤中可以提高对于高阶模抑制能力。提高对于高阶模抑制能力。提高对于高阶模抑制能力。

【技术实现步骤摘要】
一种部分掺杂空芯反谐振嵌套单元及光纤结构


[0001]本专利技术涉及光纤通信领域和光纤激光
，特别是一种反谐振的嵌套管及应用这种嵌套单元的空芯光纤结构。

技术介绍

[0002]为了便于理解，本专利技术涉及的专业术语如下：
[0003]NANF：嵌套式无节点型空芯反谐振光纤(Nested Antiresonant Nodeless type)。
[0004]SMF：单模光纤(Single Mode Fiber)。
[0005]c波段：1530～1565nm
[0006]L波段：1565～1625nm
[0007]O波段：1260～1360nm
[0008]占空比：空心圆形管的内直径与外直径之比
[0009]MCVD：改进的化学气相沉积工艺(Modified chemical vapour deposition)
[0010]嵌套式无节点型空芯反谐振光纤(Nested Antiresonant Nodeless type，NANF)是近年来光纤通信领域的研究热点，其损耗大幅度降低并取得了飞速化的发展。根据最新2022年OFC报道，NANF在C波段实现了最低损耗为0.174dB/km，可与C波段的传统单模光纤相媲美或者比后者更好，在O波段实现了损耗值为0.22dB/km，创造了光纤在O波段的最低损耗纪录。在非线性效应方面，它的性能已经远远优于SMF，在NANF中比在SMF中低3到4个数量级。2022年发表于《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》上的“Opportunities and Challenges for Long
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Distance Transmission in Hollow
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core Fibres”其理论预测和实验验证也表明NANF比SMF更宽的可用带宽，可能达到几十太赫兹，传播速度快50％，与基准SMF拉曼放大C+L系统相比，NANF可能在合理的系统参数值(包括发射功率)下实现1.5倍至5倍的通信容量的增长。这引起了广大科学家及通信产业界极大的兴趣，有望成为下一代超大容量长距离传输的通信光纤。
[0011]实验表明，NANF传送速度为300
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400Tb/s，在无中继放大的情况下，其传输距离可达到200至300公里。但在超长距离的传输问题上，目前还没有空芯反谐振有源光纤放大器的研究，本专利涉及的部分掺杂空芯反谐振有源光纤可以解决空芯长距离传输中继放大的问题。
[0012]中国专利CN113497404A公布了一种掺稀土空芯反谐振光纤及其制备方法，该结构在整个玻璃管环掺杂稀土离子，其掺杂范围较大同时放大了高阶模，不利于基模的有效放大跟实际应用。
[0013]中国专利CN110208901A公布了一种空芯反谐振光纤，其毛细管采用的高低折射率导光材料交替的结构，外包层采用高折射率的二氧化硅，但该专利提供是一种无源的空芯反谐振光纤，无法实现放大与激光传输。
[0014]美国专利US10859763B2提出了一种嵌套支撑环的空芯反谐振光纤，由于其嵌套结构较为复杂，在制作的工艺上难以实现，且没有掺杂，没有光放大的功能。可见中国专利及
美国专利在这块的研究非常少，并未解决空芯反谐振光纤长距离中继放大的问题。
[0015]综上所述，目前报道的专利技术专利不能很好的解决空芯反谐振光纤长距离传输的问题，不能有效的抑制高阶模场。本专利提出了部分掺杂空芯反谐振单元，可以有效抑制光纤中的高阶模，对基模没有什么影响，可以满足下一代空芯光纤长距离传输的中继放大的需求。

技术实现思路

[0016]为了解决现有光纤在高阶模抑制不足的问题，本专利技术提出了一种空芯反谐振嵌套单元，在反谐振包层管特定弧长段上进行稀土掺杂，从而调控基模的增益放大特性，抑制高阶模的增益，增大高阶模的损耗，将嵌套单元应用在光纤中可以提高对于高阶模抑制能力。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0018]一种部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，包括圆形反谐振管1，圆形反谐振管1内部安装椭圆反谐振管2，从横截剖面上看，椭圆反谐振管2的长轴端外壁和圆形反谐振管1上C点处的内壁相接触，圆形反谐振管1的管壁上有一段掺杂段AB，AB段正对C点。
[0019]圆形反谐振管1上掺杂段AB的弧长为1/6
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1/4圆周，掺杂稀土元素。
[0020]设t2为圆形反谐振管1壁厚，t1为椭圆反谐振管2壁厚，t1/t2为0.5～2。
[0021]椭圆反谐振管2的长轴小于圆形反谐振管1的直径，长轴与短轴的比值即a/b为1.0～1.8，当a/b＝1.0时，椭圆反谐振管2为圆管。
[0022]t2＝205nm～840nm。
[0023]一种部分掺杂空芯反谐振光纤，包括上述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，光纤的外包层3是圆管结构，一定数量的反谐振嵌套单元沿着外包层3的内壁面呈环形布置，椭圆反谐振管2圆周上C点处的外壁面和外包层3的内壁面接触。
[0024]圆形反谐振管1的数量为4
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10个，相邻圆形反谐振管1之间不接触且等距离排布，圆形反谐振管1环绕的中心区域为纤芯区域称为中心空芯，中心空芯的圆周和各个圆形反谐振管1相切，纤芯区域及空芯反谐振嵌套单元内部的空间均为空气。
[0025]圆形反谐振管1之间的间隙g满足定量关系式D
core
＝(d+2t2+g)/sinπ/n
‑
(d+2t2)，其中n为圆形反谐振管1的数量，D
core
为中心空芯直径，d为圆形反谐振管1的直径，中心空芯直径为6μm～50μm。
[0026]圆形反谐振管1直径与中心空芯的直径比值为d/D
core
＝0.4～0.8，所述外包层3圆管的占空比为0.60～0.95。
[0027]圆形反谐振管1的壁厚其中m为共振阶数，n
glass
为光纤玻璃介质的折射率，n
air
为光纤空气层的折射率，λ为光纤的传输光波长。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0029]本专利提出的空芯反谐振嵌套单元，在反谐振包层管特定弧长段上进行稀土掺杂，从而调控基模的增益放大特性，抑制高阶模的增益，增大高阶模的损耗，将嵌套单元应用在光纤中可以提高对于高阶模抑制能力。空芯反谐振光纤具有增益选择性，基模增益效果好、放大效率高，基模模场面积大，光纤的非线性低。
[0030]基模模场与掺杂区域在空间分布上精确匹配，具有将基模最大效率实现光放大的
限制优点。
[0031]该部分掺杂空芯反谐振有源光纤，结构简单，易于实现，便于规模化生产。该光纤非常适合未来的空芯光纤放大系统的中继放大，以及空芯光纤的激光器、光纤光源。
附图说明
[0032]图1是本专利空芯反谐振嵌套单元的横截面结构视图。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，包括圆形反谐振管(1)，其特征在于：圆形反谐振管(1)内部安装椭圆反谐振管(2)，从横截剖面上看，椭圆反谐振管(2)的长轴端外壁和圆形反谐振管(1)上C点处的内壁相接触，圆形反谐振管(1)的管壁上有一段掺杂段AB，AB段正对C点。2.根据权利要求1所述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，其特征在于：圆形反谐振管(1)上掺杂段AB的弧长为1/6
‑
1/4圆周，掺杂稀土元素。3.根据权利要求1所述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，其特征在于：设t2为圆形反谐振管(1)壁厚，t1为椭圆反谐振管(2)壁厚，t1/t2为0.5～2。4.根据权利要求1所述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，其特征在于：椭圆反谐振管(2)的长轴小于圆形反谐振管(1)的直径，长轴与短轴的比值即a/b为1.0～1.8，当a/b＝1.0时，椭圆反谐振管(2)为圆管。5.根据权利要求3所述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，其特征在于：t2＝205nm～840nm。6.一种部分掺杂空芯反谐振光纤，包括权利要求1
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5任一项所述部分掺杂空芯反谐振嵌套单元，其特征在于：光纤的外包层(3)是圆管结构，一定数量的反谐振嵌套单元沿着外包层(3)的内壁面呈环形布置，椭圆反谐振管(2)圆周上C点处的外壁面和外包层(3)的内壁面接触。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，李萍，王廷云，黄素娟，张小贝，庞拂飞，文建湘，董艳华，许青向，洪祎，彭剑傲，张颖，王洋，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：新型
国别省市：