一种低损耗反谐振空芯光纤的制作方法

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1.本技术涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种低损耗反谐振空芯光纤。

背景技术：

2.随着5g技术的发展，对光纤通信的传输容量要求越来越高，而基于石英玻璃传输的实芯光纤，由于其材料的非线性、散低、损伤阈值等本征属性，逐渐成为了影响光纤通信技术发展的瓶颈，同时，在高功率、超快光学、非线性光学等一些特殊领域中，光纤也表现出由于材料导致的局限性。
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的影响。与传统实心光纤相比，空芯光纤具有低延时，低散，低非线性，高损伤阈值，低热敏感性，抗辐照，同时可以在任意传输窗口导光等优点。因此在光通信、高功率激光、超快光学、非线性光学、光纤传感等重要领域，空芯光纤比传统实芯光纤更有优势。
4.传统的空芯光纤包层结构为单圈无节点结构，其包层一般是一圈没有接触的薄壁毛细管组成，其限制损耗较高。此外，目前已报导的空芯光纤在制备过程中包层管易塌陷从而发生形变，引起能量泄露和模式耦合，光纤实际性能与理论设计值存在较大差异。上述问题在一定程度上限制了空芯光纤的发展和应用。
5.综上所述，如何降低空芯光纤的损耗，同时大幅提高空芯光纤的制备精度目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种低损耗反谐振空芯光纤，以解决相关技术中空芯光纤损耗高、包层管易塌陷形变而造成精度低的问题。
7.第一方面，提供了一种低损耗反谐振空芯光纤，其包括：
8.纤芯区域；
9.包层区域，所述包层区域包括由外到内依次布置的外包层、第一反谐振层和第二反谐振层；所述第一反谐振层包括多个旋转对称分布的第一椭圆毛细管，且所述第一椭圆毛细管与所述外包层相切；所述第二反谐振层包括多个旋转对称分布的第二椭圆毛细管，且所述第二椭圆毛细管与所述第一椭圆毛细管相切，所述第二椭圆毛细管与所述第一椭圆毛细管交错排列；
10.以及，所述第一反谐振层和第二反谐振层的边界围绕而成的区域为所述纤芯区域。
11.一些实施例中，所述第一椭圆毛细管的短轴d
3x
大于所述第二椭圆毛细管的短轴d
4x
；
12.所述第一椭圆毛细管的长轴d
3y
大于所述第二椭圆毛细管的长轴d
4y
。
13.一些实施例中，所述第一椭圆毛细管的长轴d
3y
的取值范围为26.0～40.0μm；
14.和/或，所述第二椭圆毛细管的长轴d
4y
的取值范围为11.7～26.0μm；
15.和/或，所述第一椭圆毛细管和所述第二椭圆毛细管的椭圆率取值范围均为0.70～0.85。
16.一些实施例中，所述第一椭圆毛细管包括由内而外依次设置的第一折射率层和第二折射率层，所述第一折射率层的折射率小于所述第二折射率层的折射率；
17.和/或，所述第二椭圆毛细管包括由内而外依次设置的第一折射率层和第二折射率层，所述第一折射率层的折射率小于所述第二折射率层的折射率。
18.一些实施例中，所述第一折射率层的折射率取值范围为1.32～1.44，所述第二折射率层的折射率取值范围为1.40～1.45。
19.一些实施例中，所述第一折射率层的壁厚t5和所述第二折射率层的壁厚t6相等。
20.一些实施例中，所述第一折射率层的壁厚t5和所述第二折射率层的壁厚t6取值范围均为0.05～1.0μm。
21.一些实施例中，所述纤芯区域中填充有一种或多种气体，或者为真空；
22.和/或，所述纤芯区域的直径d取值范围为30～50μm。
23.一些实施例中，所述第一反谐振层中的第一椭圆毛细管的数量，与所述第二反谐振层中的第二椭圆毛细管的数量相等，且均为4～6个。
24.一些实施例中，所述外包层采用纯二氧化硅。
25.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：
26.针对空芯光纤限制损耗较高且在制备过程中包层管易塌陷从而发生形变，降低制造精度，引起能量泄露和模式耦合的问题。本技术提供的低损耗反谐振空芯光纤，具有低折射率的纤芯区域和高折射率的包层区域，高折射率的包层区域又分为内包层和外包层两部分，内包层由两层相切的椭圆毛细管组成，和常规空芯光纤相比，本技术将空芯光纤中的圆型包层管改为椭圆形包层管，通过减小包层管的曲率半径，抑制高阶模的影响，从而可以降低基模限制损耗。而相切的两层椭圆毛细管相互支撑，可以避免其在制备过程中发生形变，提高制备精度。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本技术实施例提供的低损耗反谐振空芯光纤示意图；
29.图2为本技术一个对比例提供的空芯光纤示意图；
30.图3为本技术另一个对比例提供的空芯光纤示意图；
31.图4为本技术提供实施例与对比例的限制损耗图；
32.图5为本技术实施例提供的第一椭圆毛细管示意图；
33.图6为本技术实施例提供的第二椭圆毛细管示意图。
34.图中：1、纤芯区域；2、外包层；3、第一椭圆毛细管；4、第二椭圆毛细管；5、第一折射率层；6、第二折射率层。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.参见图1所示，本技术实施例提供了一种低损耗反谐振空芯光纤，该空芯光纤包括纤芯区域1以及包层区域，包层区域包括由外到内依次布置的外包层2、第一反谐振层和第二反谐振层；第一反谐振层包括多个旋转对称分布的第一椭圆毛细管3，且第一椭圆毛细管3与外包层2相切；第二反谐振层包括多个旋转对称分布的第二椭圆毛细管4，且第二椭圆毛细管4与第一椭圆毛细管3相切，第二椭圆毛细管4与第一椭圆毛细管3交错排列；第二反谐振层相对于第一反谐振层更加靠近空芯光纤的中轴线，第一反谐振层和第二反谐振层的边界围绕而成的区域为纤芯区域1，纤芯区域1是光信号传输的主要区域，纤芯区域1中可以填充一种或多种气体，或者为真空。
37.针对空芯光纤限制损耗较高且在制备过程中包层管易塌陷从而发生形变，降低制造精度，引起能量泄露和模式耦合的问题。本技术实施例提供的低损耗反谐振空芯光纤，具有低折射率的纤芯区域1和高折射率的包层区域，高折射率的包层区域又分为内包层和外包层2两部分，内包层由两层相切的椭圆毛细管组成，和常规空芯光纤相比，本技术将空芯光纤中的圆型包层管改为椭圆形包层管，通过减小包层管的曲率半径，抑制高阶模的影响，从而可以降低基模限制损耗。而相切的两层椭圆毛细管相互支撑，可以避免其在制备过程中发生形变，提高制备精度。
38.参见图2所示，为一个对比例，该对比例提供的反谐振负曲率空芯光纤为单层管环结构，单层管为圆形；参见图3所示，为另一个对比例，该对比例提供的反谐振负曲率空芯光纤为双层管环结构，两层管均为圆形，而本技术实施例提供的空芯光纤为双层椭圆管环结构，三种空芯光纤的限制损耗对比结果如图4所示，单层管环结构的限制损耗最高，双层管环结构的限制损耗次之，而双层椭圆管环结构的限制损耗最低。
39.优选地，参见图5和图6所示，第一椭圆毛细管3的短轴d
3x
大于第二椭圆毛细管4的短轴d
4x
；第一椭圆毛细管3的长轴d
3y
大于第二椭圆毛细管4的长轴d
4y
。在第一反谐振层中额外增加一层小半径的第二反谐振层，可抑制模式耦合效果，降低空芯光纤的损耗。
40.第一椭圆毛细管3的长轴d
3y
的取值范围为26.0～40.0μm，第二椭圆毛细管4的长轴d
4y
的取值范围为11.7～26.0μm，第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4的椭圆率取值范围均为0.70～0.85，椭圆率为椭圆的短轴与长轴的比值，第一椭圆毛细管3的椭圆率e3＝d
3x
/d
3y
，第二椭圆毛细管4的椭圆率e4＝d
4x
/d
4y
。
41.第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4的椭圆率可以相等，也可以不相等，优选地，在选取毛细管时，第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4的椭圆率相等。
42.为了进一步地降低限制损耗，参见图5所示，第一椭圆毛细管3包括由内而外依次设置的第一折射率层5和第二折射率层6，第一折射率层5的折射率小于第二折射率层6的折射率；通过在椭圆毛细管中再引入高、低折射率材料层，纤芯区域的光在高、低折射率材料界面处发生了全反射，使其被束缚在纤芯区域内传输，进一步降低限制损耗。
43.参见图6所示，第二椭圆毛细管4包括由内而外依次设置的第一折射率层5和第二
折射率层6，第一折射率层5的折射率小于第二折射率层6的折射率。通过在椭圆毛细管中再引入高、低折射率材料层，纤芯区域的光在高、低折射率材料界面处发生了全反射，使其被束缚在纤芯区域内传输，进一步降低限制损耗。
44.优选地，第一折射率层5的折射率取值范围为1.32～1.44，第二折射率层6的折射率取值范围为1.40～1.45。
45.优选地，第一折射率层5的壁厚t5和第二折射率层6的壁厚t6相等。第一折射率层5的壁厚t5和第二折射率层6的壁厚t6取值范围均为0.05～1.0μm。
46.优选地，纤芯区域1的直径d取值范围为30～50μm。
47.优选地，第一反谐振层中的第一椭圆毛细管3的数量，与第二反谐振层中的第二椭圆毛细管4的数量相等，且均为4～6个。
48.优选地，外包层2采用纯二氧化硅。
49.实施例一：
50.本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤的外包层2使用纯二氧化硅材料，所述低损耗反谐振空芯光纤的第一反谐振层中，第一椭圆毛细管3的长轴直径d
3y
为32μm，椭圆率e3为0.75；第二反谐振层中，第二椭圆毛细管4的长轴直径d
4y
为12.1μm，椭圆率e4为0.75；第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4中，第一折射率层5的壁厚t5和第二折射率层6的壁厚t6为0.18μm，第二折射率层6的折射率为1.45，第一折射率层5的折射率为1.38，第一椭圆毛细管3与第二椭圆毛细管4的数量均为6个，所述低损耗反谐振空芯光纤的纤芯区域1直径d为42μm。本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤在1260～1565nm范围内平均损耗为0.437db/km。
51.实施例二：
52.本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤的外包层2使用纯二氧化硅材料，所述低损耗反谐振空芯光纤的第一反谐振层中，第一椭圆毛细管3的长轴直径d
3y
为34μm，椭圆率e3为0.80；第二反谐振层中，第二椭圆毛细管4的长轴直径d
4y
为16.0μm，椭圆率e4为0.75；第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4中，第一折射率层5的壁厚t5和第二折射率层6的壁厚t6为0.26μm，第二折射率层6的折射率为1.42，第一折射率层5的折射率为1.33，第一椭圆毛细管3与第二椭圆毛细管4的数量均为6个，所述低损耗反谐振空芯光纤的纤芯区域1直径d为44μm。本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤在1260～1565nm范围内平均损耗为0.464db/km。
53.实施例三：
54.本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤的外包层2使用纯二氧化硅材料，所述低损耗反谐振空芯光纤的第一反谐振层中，第一椭圆毛细管3的长轴直径d
3y
为35μm，椭圆率e3为0.82；第二反谐振层中，第二椭圆毛细管4的长轴直径d
4y
为16.4μm，椭圆率e4为0.73；第一椭圆毛细管3和第二椭圆毛细管4中，第一折射率层5的壁厚t5和第二折射率层6的壁厚t6为0.58μm，第二折射率层6的折射率为1.45，第一折射率层5的折射率为1.36，第一椭圆毛细管3与第二椭圆毛细管4的数量均为4个，所述低损耗反谐振空芯光纤的纤芯区域1直径d为38μm。本实施例所述低损耗反谐振空芯光纤在1260～1565nm范围内平均损耗为0.482db/km。
55.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例
如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
56.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
57.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于，其包括：纤芯区域(1)；包层区域，所述包层区域包括由外到内依次布置的外包层(2)、第一反谐振层和第二反谐振层；所述第一反谐振层包括多个旋转对称分布的第一椭圆毛细管(3)，且所述第一椭圆毛细管(3)与所述外包层(2)相切；所述第二反谐振层包括多个旋转对称分布的第二椭圆毛细管(4)，且所述第二椭圆毛细管(4)与所述第一椭圆毛细管(3)相切，所述第二椭圆毛细管(4)与所述第一椭圆毛细管(3)交错排列；以及，所述第一反谐振层和第二反谐振层的边界围绕而成的区域为所述纤芯区域(1)。2.如权利要求1所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一椭圆毛细管(3)的短轴d
3x
大于所述第二椭圆毛细管(4)的短轴d
4x
；所述第一椭圆毛细管(3)的长轴d
3y
大于所述第二椭圆毛细管(4)的长轴d
4y
。3.如权利要求2所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一椭圆毛细管(3)的长轴d
3y
的取值范围为26.0～40.0μm；和/或，所述第二椭圆毛细管(4)的长轴d
4y
的取值范围为11.7～26.0μm；和/或，所述第一椭圆毛细管(3)和所述第二椭圆毛细管(4)的椭圆率取值范围均为0.70～0.85。4.如权利要求1所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一椭圆毛细管(3)包括由内而外依次设置的第一折射率层(5)和第二折射率层(6)，所述第一折射率层(5)的折射率小于所述第二折射率层(6)的折射率；和/或，所述第二椭圆毛细管(4)包括由内而外依次设置的第一折射率层(5)和第二折射率层(6)，所述第一折射率层(5)的折射率小于所述第二折射率层(6)的折射率。5.如权利要求4所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一折射率层(5)的折射率取值范围为1.32～1.44，所述第二折射率层(6)的折射率取值范围为1.40～1.45。6.如权利要求4所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一折射率层(5)的壁厚t5和所述第二折射率层(6)的壁厚t6相等。7.如权利要求6所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一折射率层(5)的壁厚t5和所述第二折射率层(6)的壁厚t6取值范围均为0.05～1.0μm。8.如权利要求1所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述纤芯区域(1)中填充有一种或多种气体，或者为真空；和/或，所述纤芯区域(1)的直径d取值范围为30～50μm。9.如权利要求1所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述第一反谐振层中的第一椭圆毛细管(3)的数量，与所述第二反谐振层中的第二椭圆毛细管(4)的数量相等，且均为4～6个。10.如权利要求1所述的低损耗反谐振空芯光纤，其特征在于：所述外包层(2)采用纯二氧化硅。

技术总结

本申请涉及一种低损耗反谐振空芯光纤，其包括纤芯区域和包层区域；包层区域包括由外到内依次布置的外包层、第一反谐振层和第二反谐振层；第一反谐振层包括多个旋转对称分布的第一椭圆毛细管，且第一椭圆毛细管与外包层相切；第二反谐振层包括多个旋转对称分布的第二椭圆毛细管，且第二椭圆毛细管与第一椭圆毛细管相切，第二椭圆毛细管与第一椭圆毛细管交错排列；以及，第一反谐振层和第二反谐振层的边界围绕而成的区域为纤芯区域。本申请将空芯光纤中的圆型包层管改为椭圆形包层管，通过减小包层管的曲率半径，抑制高阶模的影响，从而可以降低基模限制损耗。而相切的两层椭圆毛细管相互支撑，可以避免其在制备过程中发生形变，提高制备精度。提高制备精度。提高制备精度。