[发明专利]一种具有高双折射低损耗的空芯负曲率光子晶体光纤

说明书

一种具有高双折射低损耗的空芯负曲率光子晶体光纤，包括横截面为圆形且内部为空芯的光纤管体，光纤管体的管壁包括内外两层圆环结构，光纤管体的空芯内左右对称设置有两个与光纤夹层相内切的大毛细管，两个大毛细管之间上方和下方的光纤管体的空芯内均设置有三个均与光纤夹层相内切的相同的小毛细管，两个大毛细管内均设置有一个与大毛细管相内切的中毛细管，小毛细管、中毛细管和大毛细管左右对称，光纤管体的空芯中心设置有由小毛细管与大毛细管围成的光波传输空腔，光纤管体、大毛细管、中毛细管和小毛细管均为二氧化硅玻璃材质。此光纤结构设计简单，毛细管结构参数可调范围较大，有利于实现HCF的工业制备和商业应用。

技术领域

本发明涉及一种具有高双折射低损耗的空芯负曲率光子晶体光纤。

背景技术

自20世纪开始，光纤技术的出现和广泛应用奠定了光纤通信、光纤激光器、光纤传感三大领域的革命性成就，光纤技术是当今工业文明的重要基石。然而，随着信息传输容量的爆炸式增长以及人们对信息传输速度的极高需求，原始光纤所具有的本征缺陷(非线性、色散、光致损伤、紫外中红外不通光等)暴露得越来越明显，严重制约了上述工业领域的继续发展。光子晶体光纤的出现使得这一难题迎刃而解，光子晶体光纤结构可灵活设计，拥有更多独特的传输特性，包括高的双折射，大的有效模场面积以及灵活可调的色散等性质。目前，大部分科研人员主要研究实芯光子晶体光纤结构及性能，但是实芯光子晶体光纤因纤芯材料的问题，仍然存在许多无法克服的缺陷，主要包含色散、瑞利散射、光照损伤等缺陷，这些缺陷随着信息传输容量爆炸式增长也完全暴露出来，因此，急需探索并寻找一种新的光纤结构，来摆脱纤芯材料缺陷对光纤性能及应用的限制。空芯光子晶体光纤作为一个新的研究热点，有望解决这些本征性问题，为高功率激光、非线性光学、生物光子学、量子光学、光纤传感的应用提供一个理想而方便的媒介。特别是空芯负曲率光子晶体光纤(HCF)具有宽带导光和超高激光损伤阈值等优点，已成为空芯光纤领域的最前沿，引起了研究人员的广泛关注。光子晶体光纤：其横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播；空芯负曲率光子晶体光纤：是一种具有反向弯曲的纤芯壁结构的新型空芯光子晶体光纤。

目前，尽管人们对HCF进行了一定的研究，但只有极少数关于HCF双折射特性的报道[S.Yan,S.Lou,X.Wang,T.Zhao and W.Zhang,High-birefringence hollow-core anti-resonant THz fiber,Optical and Quantum Electronics,50,162,2018.]，在这篇文章中，HCF双折射高达7×10^-4，遗憾的是限制损耗也较大(1.68dB/m)，因此，本文中的HCF结构需要进一步改善，确保同时获得高的双折射和低的限制损耗。另外，作者只研究了HCF在太赫兹波段的光学性质，这严重降低了它在实际应用中的可能性，需要进一步去研究HCF在其它波段内的光学性质，特别是中红外波段。中红外波段通常定义为2.5至5μm的波长范围。对于基础研究和技术应用，中红外光源具有可定制的整形能力和宽带宽的优势。近年来，随着中红外光谱技术的深入研究和快速发展，它已成为十分重要的独立分析技术。因此，HCF在该光谱范围内的独特性能具有巨大的研究价值。然而，目前还没有研究HCF在中红外波段的光学特性，尤其是双折射特性和限制损耗特性。

发明内容

为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种具有高双折射低损耗的空芯负曲率光子晶体光纤，能够实现高功率激光传输，大容量数据传输。

本发明是通过以下措施实现的：