[发明专利]反谐振空芯预制件和光纤以及制造方法

说明书

本发明公开了一种用于反谐振空芯光纤的预制件(10)，该预制件包括：具有内表面和中心纵向轴线(24)的外护套管(12)；在围绕外护套管(12)的内表面的预定周边位置处间隔开的多个反谐振包层管(14)，每个反谐振包层管(14)与内表面接触，使得每个反谐振包层管(14)的中心纵向轴线(26)在距外护套管(12)的中心纵向轴线(24)第一径向距离处；与反谐振包层管(14)交替设置的多个间隔元件(22)，每个间隔元件在一个或更多个接触点(28)处与两个相邻的反谐振包层管(14)中的每一个反谐振包层管的外表面接触，接触点(28)在距外护套管(12)的中心纵向轴线(24)第二径向距离处，第二径向距离大于第一径向距离。

技术领域

本发明涉及光纤，特别是反谐振空芯光纤，以及由预制件制造这种光纤的方法。

背景技术

光纤包括被称为中空光纤的一种光纤，所述中空光纤包括呈被包层围绕的中心空隙形式的光导纤芯，该包层包括由纵向毛细管构成的结构化布置。空芯光纤可根据其光导机制被分类为：中空光子带隙光纤，其中包层包括许多毛细管的规则阵列，从所述规则排列中排除中心组来限定纤芯；反谐振空芯光纤，其包括负曲率光纤，在其中的一个子集中，较少数量的毛细管围绕着限定纤芯的中心空间结合到较大护套管的内表面。

迄今为止，中空光子带隙光纤显示出较低的光传输损耗，尽管这是以小的可用光带宽为代价的。相反，反谐振空芯光纤可以具有大得多的带宽，但通常具有较高的损耗。

负曲率类型的反谐振空芯光纤可以由玻璃、聚合物或其他光学材料制成。固定在较大护套管的内表面周围的许多圆形或其他形状的细管或毛细管的结构形成了一个中心空芯区域，在该中心空芯区域中，可以通过来自周围管壁的反谐振以及空气引导光学模式与管引导光学模式之间的低重叠的联合作用来引导光[1]。

这些光纤的早期实现包括围绕护套的内表面相互接触的一圈管[2]。随后的研究表明，可以通过将管间隔开以消除相邻管之间的任何接触来改善光学性能。这种结构消除了在管之间的接触点处引起的光学节点，这些光学节点趋于引起在光纤的传输光谱内导致高损耗峰的不期望谐振[3]。因此，这些光纤可被称为“无节点”反谐振负曲率光纤。进一步的发展表明，通过添加嵌套在现有管内的另外的更小的管可以使得光学损耗降低几个数量级[4，5]。具有这种结构的光纤可被称为“嵌套式反谐振无节点光纤(NANF)”。

与具有节点的结构(其中一圈管处于接触状态)相比，这些不同无节点结构的建模和模拟确实显示出显著改善的光损耗特性。但是，这些模型基于理想化且完全对称的光纤结构，其中管的大小、间距和厚度是最佳的。特别地，无节点光纤中的低损耗需要在间隔开的管之间存在小且均匀的间隔。较大的间隔通过使引导光更容易从纤芯逸出而增大损耗，而封闭的间隙(零间隔)则通过引入节点而增大损耗。实验表明，在实践中难以实现所需的规则结构。

光纤由预制件制成，该预制件可以以大得多的比例复制光纤的期望的横截面结构。加热预制件并牵拉软化的结构以将其拉伸成期望的光纤，从而将横截面结构的相关特征保持减到大大减小的直径。对于无节点的光纤，当试图获得具有薄壁和管小间距的规则结构时，由于难以拉制包括仅与外护套接触的管的预制件，会出现问题。

这由许多原因造成。首先，管与外护套的内表面仅具有小的方位角接触点。当玻璃软化时，在拉制过程中出现的基本流体动力学机制意味着管倾向于围绕该接触点轻微转动并且甚至可能以无法控制的方式在其任一侧急剧翻转。其次，在管中存在不可避免的制造误差(诸如弓形、椭圆形和扭曲)意味着抵靠外护套内表面的接触线并不总是沿预制件的长度方向笔直，也不平行于其他管的接触线。最后，在拉制过程中施加压力以使管膨胀(inflate)以减小壁厚与直径之比的过程趋于加大小且不可避免的初始差异，诸如管与管的变化或外径的纵向变化。因此，总的来说，管的位置以及管的直径和厚度都可能偏离成品光纤的理想状态。因此，预期的光学性能可能是无法实现的。

因此，关注对光纤制造的改进，以期获得低损耗的反谐振空芯光纤。

发明内容