本發(fā)明涉及深紫外光纖領(lǐng)域，具體涉及一種具有單模，單偏振以及低損耗特性的由kagome與嵌套包層組成的混合晶格包層光纖。

背景技術(shù)：

1、光譜分析主要基于物質(zhì)對(duì)光的吸收、反射或散射等特性。當(dāng)光源發(fā)出的光照射到待測(cè)樣品上時(shí)會(huì)吸收、反射或散射部分光能，導(dǎo)致透射光或反射光的光譜發(fā)生變化。這些光譜變化包含了物質(zhì)的種類、濃度以及樣品的其他化學(xué)信息。紫外線波段廣泛用于農(nóng)藥，dna，食品添加劑等物質(zhì)的檢測(cè)。其中210nm波長(zhǎng)可以用于對(duì)抗生素阿奇霉素或某些食品添加劑的檢出。利用紫外線的檢測(cè)分析技術(shù)需要一種高性能的光纖來(lái)增加其應(yīng)用的靈活性，光纖的應(yīng)用提供一種非接觸式的檢測(cè)方式避免了對(duì)樣品的破壞和污染，同時(shí)提高了檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

2、在紫外波段，石英光纖存在著嚴(yán)重的本征缺陷，在長(zhǎng)時(shí)間輻照下會(huì)出現(xiàn)紫外光致暗化效應(yīng)、可傳導(dǎo)功率低和多模傳輸?shù)葐?wèn)題，而空芯光纖是紫外光傳輸?shù)睦硐胼d體?；诠庾泳w光制導(dǎo)原理的空芯光纖，可以分為兩種類型，一種是光子帶隙引導(dǎo)機(jī)制，另一種是通過(guò)抑制耦合光引導(dǎo)機(jī)制，其中光子帶隙光纖，通過(guò)對(duì)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得沒(méi)有包層模式能夠與纖芯模式耦合。相反地，在抑制耦合光纖中，雖然包層頻率有效折射率空間中沒(méi)有帶隙，但由于纖芯和包層模式場(chǎng)分布之間的空間重疊很少，并且這些模式的橫向空間相位之間存在強(qiáng)烈的不匹配，因此纖芯模式與包層的耦合受到強(qiáng)烈抑制。上述的，抑制耦合光引導(dǎo)理論將負(fù)曲率概念引入了光纖，并顯著增強(qiáng)了光纖對(duì)光的約束能力，具有代表性的例子是kagome空芯光纖和嵌套結(jié)構(gòu)的反諧振空芯光纖。

3、然而，針對(duì)深紫外區(qū)設(shè)計(jì)的空芯光纖較少，一般來(lái)說(shuō)，短波段制約了空芯光纖設(shè)計(jì)的靈活性，主要表現(xiàn)為短波對(duì)纖芯尺寸的制約性。據(jù)相關(guān)理論可知，空芯光纖中較大的空氣占比是解決紫外光源的輻射對(duì)光纖材料損傷的有利途徑，然而，針對(duì)深紫外波段優(yōu)化設(shè)計(jì)的空芯光纖較少能平衡空氣占比與束光能力兩項(xiàng)內(nèi)容，從而無(wú)法有效解決紫外光纖固有的光損傷和光損耗問(wèn)題。另外一方面，雖然抑制耦合光子晶體光纖的損耗數(shù)據(jù)逐漸下降，但仍然無(wú)法設(shè)計(jì)和制造一種在短波長(zhǎng)下?lián)碛谐蛽p耗，單模態(tài)和保偏特性的抑制耦合引導(dǎo)的光纖，從而難以滿足在特定的深紫外波長(zhǎng)下的傳感檢測(cè)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種應(yīng)用于深紫外光譜分析的空芯光纖，具有單模、單偏振以及低損耗等特性。

2、技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，所述光纖由外至內(nèi)依次設(shè)置為外包層區(qū)域、內(nèi)包層區(qū)域和空氣纖芯區(qū)域；

4、所述外包層區(qū)域?yàn)閗agome型，由圓形和三角形相間排列形成的網(wǎng)狀孔環(huán)組成kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外輪廓為正多邊形，并內(nèi)切于外包層的圓環(huán)基底；kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)輪廓為類矩形，長(zhǎng)邊方向?yàn)槠矫孀鴺?biāo)系的y方向；

5、所述內(nèi)包層區(qū)域?yàn)槿短追粗C振型，由一個(gè)圓形和兩個(gè)圓弧形的包層管，或三個(gè)圓弧形的包層管組成三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)；所述三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)最外層的包層管為劣弧結(jié)構(gòu)，兩端與kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)熔接；

6、所述kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)熔接，合圍形成空氣纖芯區(qū)域；空氣纖芯區(qū)域?yàn)轭惥匦?，長(zhǎng)邊方向?yàn)槠矫孀鴺?biāo)系的x方向。

7、優(yōu)選地，所述外包層區(qū)域的kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)的外徑為12μm~15μm，其中每三個(gè)圓形孔環(huán)互切合圍形成三角形孔環(huán)，所述圓形孔環(huán)的互切部分共用包層管，合圍而成的三角形孔環(huán)共用圓形孔環(huán)的包層管，不單獨(dú)設(shè)置包層管合圍三角形孔環(huán)。

8、優(yōu)選地，所述外包層區(qū)域的kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的外輪廓呈正六邊形，所述正六邊形沿y方向的圓形孔環(huán)為三層，其余邊的圓形孔環(huán)為兩層；沿著y方向的三層圓形孔環(huán)結(jié)構(gòu)為兩組，并沿著y軸對(duì)稱分布。

9、優(yōu)選地，所述內(nèi)包層區(qū)域的三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)由一個(gè)圓形和兩個(gè)圓弧形的包層管組成，并與kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)熔接，包括圓弧包層管，圓弧嵌套管和圓形嵌套管；所述圓弧包層管屬于外徑為34μm~36μm圓形的劣弧，弧度為110°~150°；所述圓弧嵌套管屬于外徑為17μm~19μm圓形的優(yōu)弧，弧度為270°~300°，與所述圓弧包層管形成雙層結(jié)構(gòu)；所述圓形嵌套管的外徑為12μm~15μm，嵌套于所述雙層結(jié)構(gòu)，相切于kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)并在相切處共用包層管。

10、優(yōu)選地，所述三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)中，最外層包層管與中間層包層管的間隙為1μm~3μm，中間層包層管與最內(nèi)層包層管的間隙為9μm~11μm。

11、優(yōu)選地，所述三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)為兩套，并沿著x軸對(duì)稱分布。

12、優(yōu)選地，所述kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)和三角形孔環(huán)的包層管厚度，以及三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的各類包層管的厚度均相同，且為710nm~730nm。

13、優(yōu)選地，所述圓環(huán)基底，kagome網(wǎng)狀孔環(huán)，以及三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的包層管的材料相同，為二氧化硅或高羥基純硅，折射率為1.4878~1.5853。

14、優(yōu)選地，所述kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)內(nèi)，三角形孔環(huán)內(nèi)，三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間，以及空氣纖芯區(qū)域均以空氣填充，折射率為1。

15、優(yōu)選地，所述光纖的工作波長(zhǎng)在210nm處。

16、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

17、1、本發(fā)明與現(xiàn)有常見(jiàn)的空芯光纖相比，結(jié)合了kagome光纖和反諧振型光纖的優(yōu)勢(shì)，提供了更多的調(diào)節(jié)光纖結(jié)構(gòu)的可能型，通過(guò)調(diào)節(jié)kagome網(wǎng)狀的圓形孔環(huán)的外徑以及層數(shù)，以及調(diào)整反諧振區(qū)域的各類包層管的尺寸與間隙，優(yōu)化光纖的結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)更低的限制性損耗的同時(shí)還具有單模單偏振，近零的平坦色散和極低的非線性等特性。

18、2、本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提升了光纖的束光能力的同時(shí)有效調(diào)節(jié)了光纖的單模單偏振特性，并且三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單的圓弧、圓構(gòu)成，工藝簡(jiǎn)單。

19、3、本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)較為簡(jiǎn)潔的光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)組合熔接，降低表面散射發(fā)生的可能性。

20、4、在優(yōu)選的方案中，kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空氣孔數(shù)量較少，有利于降低kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)拉制工藝難度，并且kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的輪廓為正六邊形增加了光纖的穩(wěn)定性。

21、5、本發(fā)明與常見(jiàn)的玻芯紫外光纖相比，由于其以空氣為主要的傳播介質(zhì)大大減少了本征的材料缺陷產(chǎn)生光損耗和光損傷。

22、6、本發(fā)明可采用常見(jiàn)的二氧化硅玻璃，無(wú)需添加其它介質(zhì)材料，制備成本較低。

技術(shù)特征：

1.一種應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述光纖由外至內(nèi)依次設(shè)置為外包層區(qū)域、內(nèi)包層區(qū)域和空氣纖芯區(qū)域；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述外包層區(qū)域的kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)的外徑為12μm~15μm，其中每三個(gè)圓形孔環(huán)互切合圍形成三角形孔環(huán)，所述圓形孔環(huán)的互切部分共用包層管，合圍而成的三角形孔環(huán)共用圓形孔環(huán)的包層管，不單獨(dú)設(shè)置包層管合圍三角形孔環(huán)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述外包層區(qū)域的kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的外輪廓呈正六邊形，所述正六邊形沿y方向的圓形孔環(huán)為三層，其余邊的圓形孔環(huán)為兩層；沿著y方向的三層圓形孔環(huán)結(jié)構(gòu)為兩組，并沿著y軸對(duì)稱分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述內(nèi)包層區(qū)域的三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)由一個(gè)圓形和兩個(gè)圓弧形的包層管組成，并與kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)熔接，包括圓弧包層管，圓弧嵌套管和圓形嵌套管；所述圓弧包層管屬于外徑為34μm~36μm圓形的劣弧，弧度為110°~150°；所述圓弧嵌套管屬于外徑為17μm~19μm圓形的優(yōu)弧，弧度為270°~300°，與所述圓弧包層管形成雙層結(jié)構(gòu)；所述圓形嵌套管的外徑為12μm~15μm，嵌套于所述雙層結(jié)構(gòu)，相切于kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)并在相切處共用包層管。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)中，最外層包層管與中間層包層管的間隙為1μm~3μm，中間層包層管與最內(nèi)層包層管的間隙為9μm~11μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)為兩套，并沿著x軸對(duì)稱分布。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)和三角形孔環(huán)的包層管厚度，以及三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的各類包層管的厚度均相同，且為710nm~730nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述圓環(huán)基底，kagome網(wǎng)狀孔環(huán)，以及三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的包層管的材料相同，為二氧化硅或高羥基純硅，折射率為1.4878~1.5853。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的圓形孔環(huán)內(nèi)，三角形孔環(huán)內(nèi)，三嵌套反諧振結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空間，以及空氣纖芯區(qū)域均以空氣填充，折射率為1。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，其特征在于：所述光纖的工作波長(zhǎng)在210nm處。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于深紫外光譜分析的單模單偏振空芯光纖，由外至內(nèi)依次設(shè)置為外包層區(qū)域，內(nèi)包層區(qū)域和空氣纖芯區(qū)域。外包層區(qū)域?yàn)閗agome型，由圓形和三角形相間排列形成的網(wǎng)狀周期孔環(huán)組成；內(nèi)包層為三嵌套反諧振型，由圓形和圓弧形的包層管，或圓弧形的包層管組成；纖芯區(qū)域是由外包層區(qū)域的kagome網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與內(nèi)包層區(qū)的嵌套反諧振結(jié)構(gòu)合圍而成。本發(fā)明利用了kagome型和嵌套反諧振型光纖的優(yōu)勢(shì)，在紫外波段兼具低損耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了單模單偏，近零色散等特性，能夠用于波長(zhǎng)在210nm處的光譜分析。

技術(shù)研發(fā)人員：劉雪明,房蘊(yùn)珠,朱威
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2