一种应用于近红外波段(1.3~1.8μm)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于近红外波段(1.3～1.8μm)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤，该光纤结构包括:圆弧矩形管单元、空气纤芯、外包层套管、反谐振层带；x轴上方和下方的圆弧矩形管单元围绕纤芯嵌套连接在外包层套管内壁；圆弧矩形管单元和y轴上的反谐振层带，以及外包层套管一起构成一种应用于近红外波段(1.3～1.8μm)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤。本发明专利技术利用反谐振反射和抑制耦合共同作用的机制将光束缚在光纤纤芯区域。传统实芯光纤中把纤芯做成椭圆形来引入高双折射，本发明专利技术通过在光纤包层设计反谐振层带和圆弧矩形管单元的混合结构，来约束光在准椭圆芯传输来引入高双折射，实现在1.3～1.8μm波段内能够低损耗的导光。本发明专利技术在光纤陀螺领域具有巨大的应用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于近红外波段(1.3～1.8
μ
m)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤
(一)

[0001]本申请涉及的是一种应用于近红外波段(1.3～1.8μm)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤，属于光通信与激光光电子

(二)
技术介绍

[0002]保偏光纤可以通过人为引入的高双折射，降低外界环境扰动引起的不可控双折射或偏振模色散给光纤传输带来的影响，在精密干涉传感、激光器系统、光通信等领域的应用中具有重要意义，但传统保偏光纤受制于高折射率材料色散、非线性、材料吸收等方面的本征缺陷限制，使得实际应用大大受限。
[0003]空芯光纤通过特定的微结构设计将光场限制在低折射率的空气纤芯中，具有低延迟、低色散、低非线性和高灵活性等传统实芯光纤所不具备的优势，在高功率脉冲激光传输、生物化学分析、光纤陀螺仪、长基线光学干涉测量和光纤激光系统等领域展现出广阔的应用前景。
[0004]空芯反谐振光纤包层结构简单，石英玻璃材料在光纤中所占比例较小，光纤内部绝大部分是空气，因此，在近红外波段具有更低的材料吸收损耗和更高的光致损伤阈值，并且结构较传统实芯光纤简单，通过堆叠拉制工艺可以较易地制备。
[0005]以往的空芯反谐振光纤的纤芯轮廓都是圆形，但是最终得到的双折射水平不高，大部分都在10
‑5量级；而传统实芯保偏光纤为了实现高双折射水平，通常将纤芯轮廓设置成椭圆形，以此来得到高双折射水平；基于这个启发，在空芯反谐振光纤内引入椭圆纤芯，空芯反谐振光纤的双折射水平可以得到较大的提高。
>[0006]专利申请号“CN202110682721.5”提供了一种偏振保持空芯反谐振光纤，设计x轴的半椭圆包层管、半椭圆嵌套管和包层环结构，通过这三者的三重反谐振作用，x偏振基模被限制在纤芯中，大大降低了x偏振基模的损耗；设计y轴圆嵌套管，通过y偏振基模和圆嵌套管之间的两次谐振耦合，将y偏振基模快速泄露出去，以此来提高光纤的双折射水平；虽然它和本专利技术的限制损耗量级接近，但本专利技术10
‑4的双折射水平比它10
‑5的双折射水平高，并且本专利技术参数设计的更简洁。
[0007]专利申请号“CN201910685799.5”提供了一种空芯反谐振光纤偏振滤波器，通过在y轴的毛细管内填充金属材料来实现y偏振基模的滤除，但其x偏振基模面临较高的损耗水平：102dB/cm，远高于本专利技术的损耗水平，并且加入金属材料会影响光纤的热敏感性。
[0008]专利申请号“CN202010540379.0”提供了一种空芯保偏反谐振光纤及其制备方法，通过在空芯光纤内部设计较多的微结构，来实现高双折射水平，但是它使用的材料种类很多、结构较复杂，这导致工艺制造难度高。
[0009]专利申请号“CN202110295029.7”提供了一种纤芯区域具有弧形对称薄壁不对称结构的空芯保偏光纤，通过在光子带隙包层中纤芯区域上下壁各添加一个弧形对称薄壁的不对称结构来降低纤芯结构的对称性，从而引入高双折射，但其表面散射损耗远大于空芯
反谐振光纤，这一点使其难以广泛应用。
[0010]专利申请号“CN202111001101.7”提供了一种基于谐振耦合效应增强的高双折射空芯反谐振光纤，在1.55μm附近让纤芯模式同时与外切式微毛细管环壁模式以及内切式微毛细管环壁模式发生强烈的谐振耦合效应，从而增大y偏振光的限制损耗来提高光纤的双折射并实现光纤保偏功能，但是该申请的光纤结构复杂，尺寸要求高，制造难度大。
[0011]文献“HONG Y,JIA A,GAO S,et al.Birefringent,low loss,and broadband semi
‑
tube anti
‑
resonant hollow
‑
core fiber[J].Opt Lett,2023,48(1):163
‑
6.”提出了一种低损耗和高双折射的半管反谐振空芯光纤，在1.3～1.9μm的波段范围内实现了双折射在10
‑4、限制损耗在10
‑1～102dB/m的传输水平；虽然本专利技术的工作波段与它都是近红外波段，并且双折射水平接近，但是本专利技术的限制损耗在工作波段内保持10
‑2～10dB/m水平，除此之外，本专利技术还能调整所述反谐振层带，来实现空芯光纤的可调谐。
[0012]文献“Highly Birefringent Anti
‑
Resonant Hollow
‑
Core Fiber with a Bi
‑
Thickness Fourfold Semi
‑
Tube Structure”提出了一种具有四重旋转对称的双厚度半管结构的空芯反谐振光纤，在1.1～1.7μm的波段范围内实现了9.1
×
10
‑5的双折射、185dB/km的损耗水平，工作波段虽与本申请大致重合，但本申请的双折射以及损耗水平都远超该文献。
[0013]文献“S.Yerolatsitis,R.Shurvinton,P.Song,Y.Zhang,R.J.A.Francis
‑
Jones and K.R.Rusimova,"Birefringent Anti
‑
Resonant Hollow
‑
Core Fiber,"in Journal of Lightwave Technology,vol.38,no.18,pp.5157
‑
5162,15Sept.15,2020,doi:10.1109/JLT.2020.3000706.”提出了一种单模双折射空芯反谐振光纤，在0.6～1.8μm波段范围内双折射和限制损耗保持在10
‑5、10
‑1～102dB/m的水平，虽然工作波段比本专利技术更宽，但是本专利技术的双折射水平以及限制损耗水平都比它更好。
[0014]综上所述，通过改变空芯光纤的几何结构或者是引入x、y方向上的石英壁厚差，可以引入空芯光纤的强双折射；前者是通过几何不对称性，例如传统保偏光纤中常运用到的将纤芯设计成椭圆芯，而后者则是从双折射的原理出发，正交方向上的光程差是形成高双折射的原因。目前学术界提出的高双折射空芯反谐振光纤还没有结合上述两个方式的结构，利用几何不对称性设计光纤结构，得到的双折射水平不高，这是由于单纯的几何结构不对称性并没有使得x、y方向上的光程差变大，但结构简洁使得光纤玻璃之间的耦合效率较低，从而限制损耗低；而利用x、y方向的石英壁厚差，得到了巨大的x、y方向上的光程差，但是玻璃厚度太厚会使得光纤节点较多，玻璃高阶模与基模的耦合效率变大，从而限制损耗很大。本专利技术结合以上两种引入双折射的方式，并且在反谐振层带结构内设计厚度均等的空气间隙来减小限制损耗，同时兼顾高双折射和低限制损耗的特性，更好满足实际需要。
(三)
技术实现思路

[0015]为了解决上述的现有技术中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于近红外波段(1.3～1.8μm)的高双折射准椭圆芯空芯反谐振光纤，所述空芯光纤结构包括：空气纤芯、圆弧矩形管单元、反谐振层带以及外包层套管。所述空气纤芯是由反谐振层带和圆弧矩形管单元所围成的一个空气孔，是所述空芯光纤主要的导光区域。所述圆弧矩形管单元是所述空芯光纤内部的束光单元，由一个外部大圆弧矩形管及一个内部嵌套的小圆弧矩形管构成。所述反谐振层带由一系列同心的圆弧反谐振层构成，是本发明实现低传输损耗的重要结构。所述外包层套管是所述空芯光纤外部的保护层。2.根据权利要求1所述的空气纤芯，其特征在于，所述空气纤芯本质是一个由反谐振层带和圆弧矩形管单元所围成的空气孔；所述空气纤芯的宽度b范围在6～8μm，长度a范围在10～12μm。3.根据权利要求1所述的反谐振层带，其特征在于，所述反谐振层带的圆弧反谐振层是同心分布的并且介质厚度均相同，从外往内第N个所述圆弧反谐振层的半径R的表达式是R＝Rmax
‑
(N
‑
1)*t1,其中最外面的圆弧反谐振层的半径为Rmax＝14μm，t1是圆弧反谐振层的介质厚度。所述圆弧反谐振层的介质厚度t1范围在350～600nm。4.根据权利要求1所述的圆弧反谐振层，其特征在于，最大所述圆弧反谐振层的半径是最小所述圆弧反谐振层的6～7倍；低于这个范围，圆弧反谐振层数会减少，反谐振层间隙太大，对光的约束效果会减弱，光纤的传输损耗会增大，高于这个范围，圆弧反谐振层数会增多，反谐振层间隙太小，容易导致相邻反谐振层发生模式耦合。5.根据权利要求1所述的圆弧矩形管单元，其特征在于，所述各圆弧矩形管单元尺寸保持一致...

【专利技术属性】
技术研发人员：成煜，肖一鸣，潘雨，王志鹏，刘厚权，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：