本發(fā)明涉及光通信，尤其涉及一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、互聯(lián)網(wǎng)的迅猛增長引起了人們對數(shù)據(jù)傳輸“容量危機(jī)”的擔(dān)憂。傳統(tǒng)的實芯光纖在面對海量數(shù)據(jù)傳輸時，由于色散效應(yīng)和克爾非線性等問題，光纖的性能受限。這促使人們探索更為先進(jìn)的光纖技術(shù)，以滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求。

2、近些年來，空芯反諧振光纖的問世在光纖技術(shù)領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注?？招痉粗C振光纖通過提供額外的設(shè)計自由度，如纖芯和包層管形狀的調(diào)整，有效控制了光的泄漏問題。同時，其寬帶光傳輸?shù)奶匦裕箍招痉粗C振光纖成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。

3、中國專利cn110208901a公開了一種空芯反諧振光纖，該反諧振光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯、內(nèi)包層管和外圍包層管。纖芯處由低折射率的空氣填充，內(nèi)包層管采用高、低折射率導(dǎo)光材料交替的結(jié)構(gòu)。該專利僅使用單層包層管，并且包層管之間的間隙過大，傳輸損耗過大，傳輸效果不佳。

4、中國專利cn116840966a提供一種橢圓芯的空芯反諧振光纖，通過在光纖包層中設(shè)計圓弧形包層管和矩形包層管的混合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)在1.3～1.8μm波段內(nèi)低損耗的導(dǎo)光。該專利包層管結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，制作工藝難度大，實用性不強(qiáng)，可靠性差。

5、美國專利us2019026844w提出的一種單層堅固的拱形空芯反諧振光纖，由紅外軟玻璃設(shè)計和制造，允許能量在紅外波段傳輸。通過控制拱形包層管的厚度和間距，最大限度地將損耗控制在1db/m以下。該專利諧振層只有一層，與嵌套空芯反諧振光纖在損耗上存在較大的差距。

6、綜上所述，傳統(tǒng)的實芯光纖不能很好地解決非線性和熱損傷的科學(xué)問題，而空芯光子晶體光纖又受到高散射損耗和帶寬窄特性的限制，因此，空芯反諧振光纖成為現(xiàn)在的一大研究熱點(diǎn)。但是空芯反諧振光纖部分專利僅使用單層包層管，損耗效果不佳；包層管結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，實用性不高，可靠性差。為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖及其制備方法以解決背景技術(shù)中所提出的問題：

2、傳統(tǒng)的實芯光纖不能很好地解決非線性和熱損傷的科學(xué)問題，而空芯光子晶體光纖又受到高散射損耗和帶寬窄特性的限制，空芯反諧振光纖部分專利僅使用單層包層管，損耗效果不佳；包層管結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，實用性不高，可靠性差。

3、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

4、一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，由內(nèi)到外依次包括：空氣芯、若干第一級包層管、若干第二級包層管、若干第三級包層管和外圍的包層管；其中，所述第一級包層管與外圍的包層管內(nèi)切固定，所述第二級包層管與第一級包層管內(nèi)切固定，所述第三級包層管與第二級包層管內(nèi)切固定，各包層管的材質(zhì)為石英玻璃/多組份玻璃/聚合物。

5、優(yōu)選地，所述第一級包層管、第二級包層管、第三級包層管均為負(fù)曲率形狀，并且各第一級包層管之間無接觸節(jié)點(diǎn)。

6、優(yōu)選地，每個所述第二級包層管中包含兩個第三級包層管，兩個所述第三級包層管在第二級包層管內(nèi)呈中心對稱分布，并且兩個所述第三級包層管的圓心與所述第二級包層管的圓心均保持在一條直線上。

7、優(yōu)選地，所述空氣芯的半徑范圍為9.25～22.75μm，所述第一級包層管的半徑范圍為12.26～30.15μm，所述第二級包層管的半徑范圍為9.81-24.12μm，所述第三級包層管的半徑范圍為5.21-12.81μm，其中，第一級包層管的半徑大于第二級包層管的半徑，第二級包層管的半徑大于第三級包層管的半徑。

8、優(yōu)選地，所述第一級包層管，第二級包層管、第三級包層管均設(shè)計為內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層的厚度范圍為0.21～0.34μm，所述外層的厚度范圍為0.22～0.35μm。

9、優(yōu)選地，所述外層為高折射率層，其高折射率范圍為1.4399～1.4580，所述內(nèi)層為低折射率層，其低折射率范圍為1.4256～1.4398。

10、優(yōu)選地，所述空芯反諧振光纖的反諧振波長范圍為1200-1600nm，所述反諧振波長范圍根據(jù)包層管厚度進(jìn)行調(diào)整。

11、一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖的制備方法，所述制備方法采用堆疊拉制法，包括如下步驟：

12、s1：選擇定制光纖比例的套管與包層管排列成為預(yù)制棒，再利用特制模具將包層管定位，形成預(yù)制棒；

13、s2：控制拉絲爐溫度范圍為2000～2250℃，進(jìn)料速度范圍為3.50～4.50mm/min，將預(yù)制棒精細(xì)拉制形成中間體，控制套管壓力范圍為10～50pa，包層管中壓力范圍為2900～3100pa；

14、s3：對所述s2形成的中間體進(jìn)行二次拉制，控制拉絲爐溫度范圍為2000～2050℃，進(jìn)料速度范圍為2.50～3.50mm/min，將中間體精細(xì)拉制形成光纖，控制套管壓力范圍為15500～16500pa，包層管中壓力范圍為32000～33000pa。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖及其制備方法，具備以下有益效果：

16、本發(fā)明由空氣芯、第一級包層管、第二級包層管、第三級包層管和外圍的包層管構(gòu)成空芯反諧振光纖，三級包層管嵌套成型，并且每一級包層管采用多折射率的結(jié)構(gòu)分布，降低傳輸損耗，提高材料損傷閾值，增加應(yīng)用的可靠性；既實現(xiàn)了將特定波長的光束縛在空氣芯中傳輸?shù)哪繕?biāo)，改善了非線性損傷，降低了傳輸損耗，又解決了高散射損耗和帶寬窄的問題；包層管的形狀均為圓形，沒有復(fù)雜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，實用性強(qiáng)，適合大批量生產(chǎn)。本發(fā)明適用低損耗傳輸，并且具有較好的抗彎特性，在長距離的能量傳輸方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，由內(nèi)到外依次包括：空氣芯、若干第一級包層管、若干第二級包層管、若干第三級包層管和外圍的包層管；其中，所述第一級包層管與外圍的包層管內(nèi)切固定，所述第二級包層管與第一級包層管內(nèi)切固定，所述第三級包層管與第二級包層管內(nèi)切固定，各包層管的材質(zhì)為石英玻璃/多組份玻璃/聚合物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，所述第一級包層管、第二級包層管、第三級包層管均為負(fù)曲率形狀，并且各第一級包層管之間無接觸節(jié)點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，每個所述第二級包層管中包含兩個第三級包層管，兩個所述第三級包層管在第二級包層管內(nèi)呈中心對稱分布，并且兩個所述第三級包層管的圓心與所述第二級包層管的圓心均保持在一條直線上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，所述空氣芯的半徑范圍為9.25～22.75μm，所述第一級包層管的半徑范圍為12.26～30.15μm，所述第二級包層管的半徑范圍為9.81-24.12μm，所述第三級包層管的半徑范圍為5.21-12.81μm，其中，第一級包層管的半徑大于第二級包層管的半徑，第二級包層管的半徑大于第三級包層管的半徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，所述第一級包層管，第二級包層管、第三級包層管均設(shè)計為內(nèi)層和外層，所述內(nèi)層的厚度范圍為0.21～0.34μm，所述外層的厚度范圍為0.22～0.35μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，所述外層為高折射率層，其高折射率范圍為1.4399～1.4580，所述內(nèi)層為低折射率層，其低折射率范圍為1.4256～1.4398。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖，其特征在于，所述空芯反諧振光纖的反諧振波長范圍為1200-1600nm，所述反諧振波長范圍根據(jù)包層管厚度進(jìn)行調(diào)整。

8.如權(quán)利要求1-7任一所述的一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖的制備方法，其特征在于，所述制備方法采用堆疊拉制法，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種多折射率嵌套空芯反諧振光纖及其制備方法，涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域。空芯反諧振光纖由內(nèi)到外依次包括：空氣芯、若干第一級包層管、若干第二級包層管、若干第三級包層管和外圍的包層管；其中，所述第一級包層管與外圍的包層管內(nèi)切固定，所述第二級包層管與第一級包層管內(nèi)切固定，所述第三級包層管與第二級包層管內(nèi)切固定。該光纖的設(shè)計突破了傳統(tǒng)均勻折射率空芯反諧振光纖的局限，包層管由高折射率材料和低折射率材料組成，實現(xiàn)了對光波傳輸?shù)挠行д{(diào)控。本發(fā)明的空芯光纖在保持超低損耗的同時，即使在彎曲條件下也能維持極低的損耗水平，且制備過程簡便，有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：陳偉,黃強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6