一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光通信及相關(guān)傳感器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種低損耗中空帶隙光 子晶體光纖。
【背景技術(shù)】
[0002] 光子晶體光纖（PCF)具備許多獨(dú)特而新穎的物理特性，這些特性是常規(guī)石英單模 光纖很難或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前光子晶體光纖自身和光子晶體光纖特性在光通訊、光網(wǎng)絡(luò)中 的應(yīng)用等科學(xué)問(wèn)題都是世界各國(guó)科學(xué)家關(guān)注著的重大問(wèn)題，國(guó)際上這一領(lǐng)域的研宄剛剛開(kāi) 始。在非線性光學(xué)研宄領(lǐng)域，可以利用光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)光譜、光孤子脈沖、脈沖壓 縮、自相位調(diào)制和交叉相位調(diào)制、參量振蕩和四波混頻等等。
[0003] 常規(guī)石英光纖為折射率引導(dǎo)型導(dǎo)光機(jī)理，光在石英纖芯傳輸，當(dāng)光功率提高時(shí)，會(huì) 面臨諸如非線性效應(yīng)增強(qiáng)、光功率提高帶來(lái)的石英材料損傷而引起傳輸損耗增大等問(wèn)題。 中空帶隙光子晶體光纖由于采用空氣或真空作為傳輸媒質(zhì)，避免了石英玻璃光纖較大的吸 收與瑞利散射損耗，同時(shí)由于光在中空帶隙光子晶體光纖的空芯內(nèi)傳輸，其傳輸時(shí)經(jīng)過(guò)的 介質(zhì)為空氣，相比常規(guī)石英光纖經(jīng)過(guò)的石英介質(zhì)而言，此時(shí)光信號(hào)的傳輸可避免介質(zhì)材料 的影響，例如材料色散、外界環(huán)境的干擾影等。因此，中空帶隙的光子晶體光纖具有光傳輸 小畸變、甚至無(wú)畸變；對(duì)外界溫度不敏感；對(duì)外界輻照不敏感等系列特性，在大功率激光傳 輸、光信號(hào)無(wú)畸變傳輸以及航天用光纖陀螺等領(lǐng)域具有非常巨大的應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 但是，由于中空帶隙光子晶體光纖還存在設(shè)計(jì)和研制工藝的諸多難題，其在 1550nm波長(zhǎng)的衰減水平還在數(shù)dB/km量級(jí)甚至以上水平，存在光纖損耗大、帶隙傳輸波段 實(shí)現(xiàn)難等問(wèn)題，因此遲遲未能有實(shí)用化的基于其制備的光纖器件研宄成果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種低損耗中空帶隙光子晶 體光纖，本發(fā)明能夠有效降低中空帶隙光子晶體光纖的衰減，其衰減小于5dB/km，最優(yōu)值可 達(dá)ldB/km以內(nèi)。
[0006] 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖， 包括石英玻璃基底以及設(shè)置于石英玻璃基底中并沿光纖軸向分布且貫穿整根光纖的空氣 孔組，所述空氣孔組包括位于石英玻璃基底軸心處的一個(gè)中心孔，以及環(huán)繞于該中心孔周 圍并呈正六邊形設(shè)置的多層環(huán)圈，每一層環(huán)圈分別由若干邊緣孔排列組成；所述中心孔的 半徑大于邊緣孔的半徑；中心孔內(nèi)填充有惰性氣體，且中心孔內(nèi)氣壓大于邊緣孔內(nèi)氣壓，二 者氣壓比例為1.05~1.5。
[0007] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述惰性氣體為氦氣或氮?dú)狻?br>[0008] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，每一層環(huán)圈中邊緣孔的數(shù)量為環(huán)圈層數(shù)加1后乘以6。
[0009] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述環(huán)圈的層數(shù)為5至11層，對(duì)應(yīng)帶隙傳輸波段范圍 為 1200nm ~1600nm。
[0010] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)帶隙傳輸波段范圍為1500nm~1560nm。
[0011] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述中心孔半徑的取值范圍為4 μπι~8 μπι ;邊緣孔半 徑的取值范圍為1. 3 μπι~2. 6 μπι。
[0012] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述中心孔的半徑為邊緣孔半徑的3倍。
[0013] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述中心孔的占空比為90%~98% ;邊緣孔的占空比 為 85%~95%。
[0014] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括依次包覆于石英玻璃基底外側(cè)的包層和涂層， 其中包層的直徑為80 μ m~135 μ m，涂層的直徑為165 μ m~250 μ m。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 1、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置5至11層環(huán)圈的結(jié)構(gòu)，結(jié)合特定比例的中心孔和邊緣孔，通過(guò) 調(diào)節(jié)中心孔大小和邊緣孔大小比例，以及相互間的間距，可優(yōu)化中心孔導(dǎo)光的可傳輸?shù)牡?損耗光波長(zhǎng)范圍，從而形成合適的低損耗帶隙傳輸波段范圍，因此能夠有效降低中空帶隙 光子晶體光纖的衰減，其衰減小于5dB/km，最優(yōu)值可達(dá)ldB/km以內(nèi)。
[0017] 2、本發(fā)明借助較小分子量的惰性氣體和不同氣壓控制，從而將中心孔的膨脹相比 邊緣孔的更大，不但壓縮了中心孔周?chē)⒈诘暮穸?，而且減小了中心孔的內(nèi)壁粗糙度，因 此能夠有效降低中空帶隙光子晶體光纖的衰減。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中具有5層環(huán)圈的空氣孔組的排列示意圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明中中心孔的本征間距示意圖；
[0021] 圖4為本發(fā)明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的成型控制示意圖；
[0022] 圖5為本發(fā)明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的典型帶隙傳輸損耗圖譜。
[0023] 附圖標(biāo)記：
[0024] 1 -中心孔；2 -邊緣孔；3 -包層；4 -涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 名稱定義：
[0026] 本征間距：是指兩個(gè)同尺寸的空氣孔及配套周?chē)氖酉嗷グぴ谝黄饡r(shí)，空氣 孔間的間距。該間距為形容該兩個(gè)空氣孔及配套石英層只要挨在一起時(shí)的固有間距，故定 義為本征間距。
[0027] 以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0028] 參見(jiàn)圖1所示，一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖，包括石英玻璃基底、依次包覆 于石英玻璃基底外側(cè)的包層3和涂層4、設(shè)置于石英玻璃基底中并沿光纖軸向分布且貫穿 整根光纖的空氣孔組。其中包層3的直徑為80 μπι~135 μπι，涂層4的直徑為165 μπι~ 250 μ m〇
[0029] 參見(jiàn)圖2所示，所述空氣孔組包括位于石英玻璃基底軸心處的一個(gè)中心孔1，以及 環(huán)繞于該中心孔1周?chē)⒊收呅卧O(shè)置的多層環(huán)圈，優(yōu)選的，所述環(huán)圈的層數(shù)為5至11 層。每一層環(huán)圈分別由若干邊緣孔2排列組成；所述中心孔1的半徑大于邊緣孔2的半 徑。中心孔1內(nèi)填充有惰性氣體，且中心孔1內(nèi)氣壓大于邊緣孔2內(nèi)氣壓，二者氣壓比例為 1. 05~1. 5。每一層環(huán)圈中邊緣孔2的數(shù)量為環(huán)圈層數(shù)加1后乘以6。
[0030] 具體的，緊挨中心孔的第1層環(huán)圈定義為nl，如此依次往外，逐漸有n2、n3、n4、n5。 第1層環(huán)圈空氣孔