專利名稱：蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光纖結構，特別是涉及一種蜘蛛網(wǎng)狀空芯結構光纖。
背景技術：
過去研究和報導的空芯光纖，通?？煞譃閮深惞庾泳w光纖(photoniccrystal fibers)和布拉格(Bragg)光纖。由單一材料構成的光子晶體光纖和布拉格光纖，其傳輸損耗均隨包層中空氣孔圈數(shù)的增加而指數(shù)下降。如果希望泄漏損耗足夠低，一般需要7-9圈。對于光子晶體光纖，為了在包層形成光子帶隙，不僅要求包層的微結構有嚴格的周期排列，而且要求有相當大的空氣填充分數(shù)。至今，采用石英材料、7圈氣孔、空氣填充分數(shù)大于85％的包層所構成的空芯光子晶體光纖，在850nm波長的損耗為180dB/km；在長波段，采用石英制作的空芯光子晶體光纖，報導的最低損耗是1.7dB/km，這與實芯的常規(guī)石英光纖相比，損耗還高一個數(shù)量級。而塑料空芯光子晶體光纖，澳大利亞僅觀察到有傳輸?shù)默F(xiàn)象，根本談不上低損耗。由此可見，在工藝上要制作和保持這種比較復雜的結構在橫截面上和整個長度上的一致性相當困難。前幾年，美國提出了一種用全方向介質反射鏡制作的空芯光纖(屬于布拉格光纖)，這種全方向波導光纖的優(yōu)點是可以對任意入射方向的光進行反射，反射率很高，可以使光纖的傳輸損耗比構成光纖材料的損耗有顯著的降低。不過這種空芯光纖的包層是用兩種不同折射率的介質構成的。實際上，要找到兩種材料的折射率差比較大，而光學性能又好，兩種材料在熱學和力學等性能上以及制作工藝上具有相似性、兼容性和簡單可行性卻十分困難。因而實驗上僅有個別報導，且性能并不太好。

發(fā)明內容
為了解決上述由兩種材料構成全方向反射鏡遇到的困難問題，本發(fā)明提供了一種蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖，用單一材料的蜘蛛網(wǎng)狀包層結構替代兩種介質構成的全方向介質反射鏡空芯光纖，使材料選擇十分靈活方便，工藝制作的自由度增加，易實現(xiàn)批量化生產(chǎn)；而其傳輸特性與兩種介質構成的全方向反射鏡基本一致。因而這種結構增加了可實現(xiàn)性，大大擴展了可制作的光纖品種和可傳輸?shù)墓庾V范圍，可以實現(xiàn)在寬廣的光譜范圍進行低損耗的傳輸。
這種蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖，由纖芯區(qū)(I)、包層(II)和外包層(III)組成，其特征是纖芯區(qū)(I)為空氣，包層(II)為若干同心圓單一材料和空氣交替層以及由截面上對稱分布若干支撐條構成的蜘蛛網(wǎng)狀結構。
對于全方向介質反射鏡空芯光纖，介質層厚度d2=13λ~15λ,]]>λ為傳輸?shù)闹行牟ㄩL，d1＝Λ-d2，每個交替層的厚度A＝1λ～5λ，交替層的層數(shù)為N＝4-6，r0≈10μm(視允許的模式數(shù)而定)。在滿足結構穩(wěn)定性的前提下，蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖的支撐條數(shù)量(m)要盡量少，支撐條寬度(Ws)要盡量窄，一般m＝6～12，Ws=13λ~130λ.]]>


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進一步加以說明。
圖1為由兩種材料構成的全方向反射鏡空芯光纖；
圖2為由單一材料構成的蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖；圖3為單一材料構成的蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖的折射率和層結構；圖4為不加支撐條(圖1)時全方向波導空芯光纖的橫向分量場分布；圖5為圖1結構上加了寬度為0.25μm的8根支撐條時的橫向分量場分布；圖6為圖1結構上加了寬度為0.25μm的12根支撐條時的橫向分量場分布；圖7為不加支撐條時反共振反射型空芯光纖的橫向分量場分布；圖8為反共振反射型空芯光纖加了8根條寬為0.3μm支撐條時的橫向分量場分布；圖9為反共振反射型空芯光纖加了8根條寬為0.567μm支撐條時的橫向分量場分布；在圖1中，nh和nl分別為高折射率和低折射率，nco為芯區(qū)折射率；在圖2和圖3中，n1為空氣，n2為介質材料折射率，d1為空氣層的厚度，d2為介質層厚度，r0為空芯半徑，Λ＝d1+d2為每個交替層的厚度。
具體實施例方式
實施例1在本實施例中，是要實現(xiàn)如圖2所示結構的全方向波導蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖。其參數(shù)為n1＝1(空氣)、n2＝1.49(PMMA)、d1＝0.80μm、d2＝0.25μm、Λ＝1.05μm、r0＝10μm、N＝4、m＝8和12、Ws＝0.25μm，其橫向分量場分布的模擬結果見圖5(m＝8)和圖6(m＝12)。
實施例2
在本實施例中，是要實現(xiàn)如圖2所示結構的反共振反射波導蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖。其參數(shù)為n1＝1(空氣)、n2＝1.49(PMMA)、d1＝1.50μm、d2＝2.266μm、Λ＝3.766μm、r0＝10μm、N＝4、m＝8、Ws＝0.30μm和0.567μm，其橫向分量場分布的模擬結果見圖8(Ws＝0.30μm)和圖9(Ws＝0.567μm)。
除上述兩個實施例外，本發(fā)明提出的蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖結構，適合于各種布拉格空芯光纖以及其它由兩種高低折射率材料層形成反射特征的光纖。這種光纖結構廣泛適用各種材料，如塑料、石英、多組分玻璃、各種復合材料以及各種介質。其制造工藝與所構成蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖所用的材料有關，例如塑料、可采用模具注塑法和擠出法等工藝。
權利要求
1.一種蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖，由纖芯區(qū)(I)、包層(II)和外包層(III)組成，其特征是纖芯區(qū)(I)為空氣，包層(II)為若干同心圓單一材料和空氣交替層以及由截面上對稱分布若干支撐條構成的蜘蛛網(wǎng)狀結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖，其特征是交替層由空氣層和介質層組成，交替層的層數(shù)為N＝4-6。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的蜘蛛網(wǎng)狀空芯光纖，其特征是支撐條的數(shù)量m＝6～12，支撐條的寬度Ws=13λ~130λ.]]>
全文摘要
本發(fā)明公開一種蜘蛛網(wǎng)狀空芯結構光纖。該發(fā)明由纖芯區(qū)(I)、包層(II)和外包層(III)組成，其特征是纖芯區(qū)(I)為空氣，包層(II)為若干同心圓單一材料和空氣交替層以及由截面上對稱分布若干支撐條構成的蜘蛛網(wǎng)狀結構。本發(fā)明用單一材料的蜘蛛網(wǎng)狀包層結構替代兩種介質構成的全方向介質反射鏡空芯光纖，其傳輸特性與兩種介質構成的全方向反射鏡基本一致。這種結構增加了可實現(xiàn)性，大大擴展了可制作的光纖品種和可傳輸?shù)墓庾V范圍。
文檔編號G02B6/02GK1760704SQ20051006003
公開日2006年4月19日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權日2005年3月25日
發(fā)明者于榮金, 陳明陽 申請人:燕山大學