【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤，尤其是一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤。
技术介绍
1、中红外2.79μm波段激光由于刚好处于水分子和羟基磷灰石的强吸收峰区域，由于其波长的特殊性，在生物医疗、科学研究等领域有着重要的应用价值和潜力。在生物医疗领域，可柔性传输激光的载体是2.79μm的医用激光器件研究的热点。传统的2.79μm的er,cr:ysgg医用固体激光器的传输采用多反射镜片组构成的导光臂，其多关节处数个镜片对光束大角度的反射造成传输损耗较大，较大尺寸的刚性结构也难以实现口腔、鼻腔等狭窄空间内光载体在小弯曲半径下任意方位的灵活操作，无法满足临床需要。所以，导光臂作为传输2.79μm波段激光的载体还存在一定的局限性。而采用光纤传输2.79μm波段激光不仅确保了柔性传输还避免了外界环境的干扰从而提高了传输效率，且光纤较好的弯曲特性也能为医务提供更安全的保障。由于中红外光纤配合中红外激光器可以大大提高激光器使用的灵活性，因此中红外光纤将逐渐替代导光臂。
2、可传输中红外2.79μm波段激光的实芯光纤有sio2光纤、zblan光纤、al2o3光纤等，但实芯石英光纤传输损耗大、氟化物光纤弯曲性能差、蓝宝石光纤价格昂贵且制作长度短无法实现单模传输。实芯光纤的材料在中红外波段的激光损伤阈值较低，并且实芯光纤无法避免材料本身固有的非线性、色散、瑞利散射等缺陷，实芯光纤在中红外2.79μm波段激光传输中还存在一定的局限性。
3、纤芯为空气的空芯光纤可以实现超过99％的光在空气中传播，从而大大降低了光纤材料特性对光纤性能
4、但是，现有的研究大多是针对材料损耗，没有关注光纤的弯曲损耗。光纤在临床和学科实验应用中经常会被弯曲，弯曲的曲率半径对光传输损耗有着直接的影响。中国专利cn202011593148.2提供了一种中红外反谐振空芯光纤，虽然有着较低的限制损耗，但其对弯曲半径较敏感；中国专利cn201110308714.5提供了一种中红外光纤，纤芯材料采用硫系玻璃、碲化物玻璃和氟化物玻璃等，因为这些中红外玻璃对中红外波段具有高透过率，但未给出最小弯曲半径及弯曲损耗，且制作材料都非常昂贵，严重的限制了中红外光纤的发展与应用。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，可以有效的降低光纤对弯曲的敏感程度，实现抗弯曲、低损耗的传输特性。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：
3、一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，包括：外套管和n个分别内切于所述外套管内壁的反谐振单元；
4、所述反谐振单元由m个不同直径的毛细管依次嵌套而成，m个毛细管的内外壁依次相切；m个毛细管内外壁的相切处即为反谐振单元与外套管的相切处；此n个反谐振单元围合的区域形成空气纤芯。
5、优选的，n个反谐振单元均匀分布在所述外套管的内壁上，并与所述外套管熔接。
6、优选的，包括六个反谐振单元，反谐振单元之间的角度为60°。
7、优选的，此m个毛细管的壁厚t相等，且壁厚t小于光纤的工作波长。
8、优选的，所述的壁厚t满足反谐振反射波导的原理：
9、
10、其中，λ为工作波长；n1为毛细管的折射率；n0为空气纤芯内填充气体的折射率；m为正整数。
11、优选的，所述反谐振单元由两个不同直径的毛细管依次嵌套而成，分别为位于外层的毛细管包层和位于内层的毛细管嵌套层，所述毛细管包层的内壁和毛细管嵌套层的外壁相切并熔接，且毛细管包层内壁和毛细管嵌套层外壁的相切处即为反谐振单元与所述外套管的熔接处。
12、优选的，各个反谐振单元的尺寸均相同，毛细管包层的直径为43.2μm，毛细管嵌套层的直径为29μm，毛细管包层和毛细管嵌套层的壁厚t均为0.71μm。
13、优选的，反谐振单元中的毛细管靠近外套管内壁一侧的曲率半径小于远离外套管内壁一侧的曲率半径。
14、优选的，外套管直径不超过370μm，空气纤芯的直径为70μm。
15、优选的，所述外套管以及反谐振单元中的毛细管的材料均采用石英玻璃。
16、本专利技术的优点在于：
17、(1)本专利技术提供一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，可以有效的降低光纤对弯曲的敏感程度，实现抗弯曲、低损耗的传输特性。
18、(2)本专利技术的技术方案采用双嵌套结构的毛细管构成反谐振空芯光纤，以石英玻璃作为反谐振空芯光纤结构中外套管和毛细管的材料，并将毛细管的壁厚设置为小于光纤的工作波长，上述技术特征协同配合，克服了弯曲损耗技术难题，使得具有抗弯曲、低损耗特性的反谐振空芯光纤得以实现，有效的解决了导光臂不灵活、传输损耗大以及单层毛细管结构的反谐振空芯光纤弯曲损耗等问题。
19、(3)本专利技术通过堆拉焊接技术将毛细管包层与外套管相连，无需其他多余的固定件，多余的固定件的出现会增加空气纤芯与毛细管包层之间的模式耦合，不利于降低弯曲损耗以及限制损耗。
20、(4)本专利技术采用双嵌套结构的毛细管可以有效的降低光纤对弯曲的敏感，达到具有抗弯曲损耗特性传输的目的。
21、(5)本专利技术可以实现中红外2.79μm波段的脉冲激光高效率传输，为中红外2.79μm波段饵激光器光传输系统开辟了一种全新的方式。
22、(6)本专利技术的各个毛细管包层之间互不接触，且具有负曲率特点的毛细管包层，可以将基模很好的限制在纤芯内。
23、(7)本专利技术在上述技术特征协同配合下，克服了技术难题，使得石英玻璃作为中红外抗弯曲、低损耗反谐振空芯光纤的制备材料成为现实，并极大地降低了中红外实芯光纤的缺陷，为中红外光纤的广泛应用提供了前提条件。
24、(8)本专利技术的双嵌套反谐振空芯光纤在2.79μm波长处具有较低的限制损耗特性，限制损耗为3.28×10-4db/m，同时还具有极好的抗弯曲损耗能力，在弯曲半径为30mm时，其弯曲损耗仅为4.72×10-2db/m。该双嵌套反谐振空芯光纤为2.79μm波段铒激光治疗仪临床应用和科研实验的导光系统提供了一种更可靠的选择。
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1.一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，包括：外套管(4)和N个分别内切于所述外套管(4)内壁的反谐振单元；
2.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，N个反谐振单元均匀分布在所述外套管(4)的内壁上，并与所述外套管(4)熔接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，包括六个反谐振单元，反谐振单元之间的角度为60°。
4.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，此M个毛细管的壁厚t相等，且壁厚t小于光纤的工作波长。
5.根据权利要求4所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，所述的壁厚t满足反谐振反射波导的原理：
6.根据权利要求1或5所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，所述反谐振单元由两个不同直径的毛细管依次嵌套而成，分别为位于外层的毛细管包层(1)和位于内层的毛细管嵌套层(2)，所述毛细管包层(1)的内壁和毛细管嵌套层(2
7.根据权利要求6所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，各个反谐振单元的尺寸均相同，毛细管包层(1)的直径为43.2μm，毛细管嵌套层(2)的直径为29μm，毛细管包层(1)和毛细管嵌套层(2)的壁厚t均为0.71μm。
8.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，反谐振单元中的毛细管靠近外套管(4)内壁一侧的曲率半径小于远离外套管(4)内壁一侧的曲率半径。
9.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，外套管(4)直径不超过370μm，空气纤芯(3)的直径为70μm。
10.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，所述外套管(4)以及反谐振单元中的毛细管的材料均采用石英玻璃。
...【技术特征摘要】
1.一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，包括：外套管(4)和n个分别内切于所述外套管(4)内壁的反谐振单元；
2.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，n个反谐振单元均匀分布在所述外套管(4)的内壁上，并与所述外套管(4)熔接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，包括六个反谐振单元，反谐振单元之间的角度为60°。
4.根据权利要求1所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，此m个毛细管的壁厚t相等，且壁厚t小于光纤的工作波长。
5.根据权利要求4所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，所述的壁厚t满足反谐振反射波导的原理：
6.根据权利要求1或5所述的一种用于中红外激光传输的双嵌套反谐振空芯光纤，其特征在于，所述反谐振单元由两个不同直径的毛细管依次嵌套而成，分别为位于外层的毛细管包层(1)和位于内层的毛细管嵌套层...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，江海河，王礼，程庭清，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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