本發(fā)明屬于模分復(fù)用光纖通信以及光量子信息傳輸與處理中的空芯光纖制造，具體涉及一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖及制造方法。

背景技術(shù)：

1、高階模式在光纖中的特性和應(yīng)用正日益受到關(guān)注，與lp01基模相比，高階模在一些應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢(shì)。例如在高分辨率成像和細(xì)節(jié)檢測(cè)中，高階模提供了更高的模式分辨率。在光學(xué)傳感探測(cè)和測(cè)量樣品的特性中，高階?？梢蕴岣邆鞲衅鞯撵`敏度。在激光技術(shù)和超快光學(xué)應(yīng)用中，高階模可以引發(fā)光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換和自聚焦效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，必須解決如何高效激發(fā)高純度高階模式的難題。

2、傳統(tǒng)的模式轉(zhuǎn)換器，例如長(zhǎng)周期光纖光柵，通?；谥C振光學(xué)過(guò)程工作，這種方式只能在一個(gè)特定波長(zhǎng)上實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，限制了其適用性。另一種方式是基于光子晶體實(shí)芯光纖拉錐處理的模式轉(zhuǎn)換器，這種器件可以實(shí)現(xiàn)寬帶工作，但由于依賴(lài)絕熱模式演化，制作過(guò)程復(fù)雜，參數(shù)控制要求極高，使得其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用變得困難。此外，實(shí)芯光纖固有的色散和光損傷問(wèn)題也限制了其使用范圍。在這種背景下，反諧振空芯光纖作為一種替代技術(shù)展現(xiàn)出了巨大的潛力。作為過(guò)去十年來(lái)光纖光學(xué)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新之一，反諧振空芯光纖能夠繞開(kāi)固體介質(zhì)纖芯材料的限制，實(shí)現(xiàn)空氣導(dǎo)光。這種光纖不僅擁有寬傳輸通帶和低傳輸損耗的優(yōu)勢(shì)，還具有高激光損傷閾值和選擇性模式濾除的獨(dú)特特性。因此，在激發(fā)和傳輸高純度高階模式方面，反諧振空芯光纖展示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景。

3、高純度傳輸高階模式的反諧振空芯光纖主要有兩種類(lèi)型；第一種類(lèi)型為通過(guò)更改空芯光纖包層反諧振單元和單元之間空隙的方位角分布，實(shí)現(xiàn)了不同的模式損耗層級(jí)。在10個(gè)包層管的反諧振空芯光纖的基礎(chǔ)上，將x方向上的一對(duì)包層管拆除，這樣的設(shè)計(jì)使得除了模場(chǎng)為上下分布的lp11a以外的其他模式更容易通過(guò)這兩個(gè)結(jié)構(gòu)的空隙發(fā)生泄漏，從而獲得一個(gè)lp11a模式以最低的損耗進(jìn)行傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖。由于反諧振空芯光纖的工作機(jī)理是基于光在包層中的泄露從而實(shí)現(xiàn)低損耗的傳輸，而包層管的拆除會(huì)引起損耗提升，因此使得lp11模式的損耗增加。第二種類(lèi)型為通過(guò)引入一個(gè)差異性纖芯-包層折射率的概念，通過(guò)改變氣體的種類(lèi)和氣壓使纖芯中的氣體折射率與包層管中的氣體折射率有一定差值，使用紫外膠選擇性的將氣體封堵纖芯或者包層管中，這樣就可以在已有的光纖結(jié)構(gòu)上繼續(xù)對(duì)光纖模式的相位匹配條件進(jìn)行調(diào)控。然而對(duì)于包層管結(jié)構(gòu)不均勻的反諧振空芯光纖，難以控制紫外膠在各個(gè)包層管中的流速。并且這兩種類(lèi)型的反諧振空芯光纖都為只有三層反諧振層的單圈結(jié)構(gòu)反諧振空芯光纖(single?ring-arf)，其損耗本身就處于相對(duì)高的水平。

4、因此上述兩種類(lèi)型的反諧振空芯光纖難以滿(mǎn)足低損耗高階模高純度傳輸?shù)囊蟆?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明目的在于提供一種低損耗高階模高純度傳輸反諧振空芯光纖及制造方法，旨在降低高階模傳輸損耗、提高模式純度，滿(mǎn)足低損耗高階模高純度傳輸?shù)囊?。結(jié)合反諧振空芯光纖導(dǎo)光理論、選擇性氣體填充技術(shù)和放電塌縮技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)包層管結(jié)構(gòu)、光纖幾何結(jié)構(gòu)、氣體折射率和放電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低損耗高階模高純度傳輸。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

3、根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，包括外套管層和多根包層管，所述多根包層管相切于所述外套管層的內(nèi)表面；所述包層管包括組合成連體管結(jié)構(gòu)的內(nèi)d型管和外d型管，所述外d型管與所述外套管相切；多根所述包層管?chē)@的中間部分構(gòu)成光纖的纖芯；所述包層管內(nèi)填充無(wú)色無(wú)味安全易存儲(chǔ)的特殊氣體；所述包層管端部受熱塌縮形成封堵層。

4、可選的，所述外d型管內(nèi)部嵌套有一個(gè)或多個(gè)玻璃管。

5、可選的，所述包層管的材質(zhì)為二氧化硅玻璃或能夠用于太赫茲波段的聚甲基丙烯酸甲酯材料。

6、可選的，所述玻璃管為毛細(xì)管或連體管。

7、可選的，所述特殊氣體為二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣和六氟化硫中的一種氣體或多種混合氣體。

8、根據(jù)第二方面，本發(fā)明提出一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，包括：

9、拉制光纖，使其具體有如下結(jié)構(gòu)：包括外套管層和多根包層管，所述多根包層管相切于所述外套管層的內(nèi)表面；所述包層管包括組合成連體管結(jié)構(gòu)的內(nèi)d型管和外d型管，所述外d型管與所述外套管相切，多根所述包層管?chē)@的中間部分構(gòu)成光纖的纖芯；

10、光纖選擇性封堵；

11、光纖選擇性氣體填充；

12、光纖封裝。

13、可選的，所述光纖選擇性封堵，具體包括：

14、使用熔接機(jī)對(duì)所述空芯光纖的兩端進(jìn)行放電處理，使得每根包層管在兩端向內(nèi)縮短第一長(zhǎng)度，包層管端面塌陷封閉；

15、從所述空芯光纖的兩端向所述纖芯內(nèi)腔注入紫外膠，注入深度為第二長(zhǎng)度，所述第一長(zhǎng)度短于第二長(zhǎng)度；

16、使用紫外燈固化設(shè)備固化所述纖芯中的紫外膠，形成第一封堵層；

17、切除部分第一封堵層，使所述纖芯被紫外膠封堵而所述包層管對(duì)外開(kāi)放。

18、可選的，所述光纖選擇性氣體填充，具體包括：

19、單獨(dú)向所述內(nèi)d型管內(nèi)，或同時(shí)向所述內(nèi)d型管和外d型管內(nèi)填充特殊氣體。

20、可選的，所述光纖封裝具體包括：

21、切除纖芯4兩端剩余的部分所述第一封堵層，使所述纖芯和包層管都對(duì)外開(kāi)放；

22、使用熔接機(jī)對(duì)所述空芯光纖的兩端進(jìn)行放電處理，使得每根包層管從兩端向內(nèi)塌縮第三長(zhǎng)度，包層管端面塌陷封閉，形成第二封堵層。

23、可選的，所述第三長(zhǎng)度的范圍不超過(guò)200μm。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、本發(fā)明提出的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，結(jié)合反諧振空芯光纖導(dǎo)光理論、選擇性氣體填充技術(shù)和放電塌縮技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)包層管結(jié)構(gòu)、光纖幾何結(jié)構(gòu)、氣體折射率和放電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低損耗高階模高純度傳輸。具體實(shí)施中，通過(guò)在包層中增加多層介質(zhì)來(lái)增加光在整個(gè)包層區(qū)域的反射，減少光從纖芯向外界的透射；連體管式包層結(jié)構(gòu)的反諧振空芯光纖具有結(jié)構(gòu)均勻容易拉制的特點(diǎn)，由尺寸幾乎一致的內(nèi)d型管和外d型管組合成的連體管式的包層結(jié)構(gòu)具有五層介質(zhì)，在與外套管相切的外d型管內(nèi)部嵌套一個(gè)或多個(gè)玻璃管可以進(jìn)一步減小光的泄露實(shí)現(xiàn)超低損耗傳輸，同時(shí)由于內(nèi)d型管和外d型管尺寸幾乎一致，可以很好的控制包層管中填充氣體量的一致性，有利于模式的選擇性濾除。

技術(shù)特征：

1.一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，其特征在于，包括外套管層和多根包層管，所述多根包層管相切于所述外套管層的內(nèi)表面；所述包層管包括組合成連體管結(jié)構(gòu)的內(nèi)d型管和外d型管，所述外d型管與所述外套管相切；多根所述包層管?chē)@的中間部分構(gòu)成光纖的纖芯；所述包層管內(nèi)填充無(wú)色無(wú)味安全易存儲(chǔ)的特殊氣體；所述包層管端部受熱塌縮形成第一封堵層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，其特征在于，所述外d型管內(nèi)部嵌套有一個(gè)或多個(gè)玻璃管。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，其特征在于，所述包層管的材質(zhì)為二氧化硅玻璃或能夠用于太赫茲波段的聚甲基丙烯酸甲酯材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，其特征在于，所述玻璃管為毛細(xì)管或連體管。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，其特征在于，所述特殊氣體為二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣和六氟化硫中的一種氣體或多種混合氣體。

6.一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，其特征在于，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，其特征在于，所述光纖選擇性封堵，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，其特征在于，所述光纖選擇性氣體填充，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，其特征在于，所述光纖封裝具體包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖的制造方法，其特征在于，所述第三長(zhǎng)度的范圍不超過(guò)200μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的一種低損耗高階模高純度傳輸?shù)姆粗C振空芯光纖，包括外套管層和多根包層管，多根包層管相切于外套管層的內(nèi)表面；包層管包括組合成連體管結(jié)構(gòu)的內(nèi)D型管和外D型管，外D型管與外套管相切，外D型管內(nèi)部可以嵌套一個(gè)或多個(gè)玻璃管；多根包層管?chē)@的中間部分構(gòu)成光纖的纖芯；包層管內(nèi)填充無(wú)色無(wú)味安全易存儲(chǔ)的特殊氣體；包層管端部受熱塌縮形成第一封堵層。其制造方法包括：拉制光纖；光纖選擇性封堵；光纖選擇性氣體填充；光纖封裝。本發(fā)明結(jié)合反諧振空芯光纖導(dǎo)光理論、選擇性氣體填充技術(shù)和放電塌縮技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)包層管結(jié)構(gòu)、光纖幾何結(jié)構(gòu)、氣體折射率和放電參數(shù)，實(shí)現(xiàn)低損耗高階模高純度傳輸。

技術(shù)研發(fā)人員：丁偉,張瑩慧,孫一之
受保護(hù)的技術(shù)使用者：暨南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2