一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光通信及相關傳感器件技術領域，具體來講是一種低損耗中空帶隙光 子晶體光纖。
【背景技術】
[0002] 光子晶體光纖（PCF)具備許多獨特而新穎的物理特性，這些特性是常規石英單模 光纖很難或無法實現的。當前光子晶體光纖自身和光子晶體光纖特性在光通訊、光網絡中 的應用等科學問題都是世界各國科學家關注著的重大問題，國際上這一領域的研宄剛剛開 始。在非線性光學研宄領域，可以利用光子晶體光纖產生超連續光譜、光孤子脈沖、脈沖壓 縮、自相位調制和交叉相位調制、參量振蕩和四波混頻等等。
[0003] 常規石英光纖為折射率引導型導光機理，光在石英纖芯傳輸，當光功率提高時，會 面臨諸如非線性效應增強、光功率提高帶來的石英材料損傷而引起傳輸損耗增大等問題。 中空帶隙光子晶體光纖由于采用空氣或真空作為傳輸媒質，避免了石英玻璃光纖較大的吸 收與瑞利散射損耗，同時由于光在中空帶隙光子晶體光纖的空芯內傳輸，其傳輸時經過的 介質為空氣，相比常規石英光纖經過的石英介質而言，此時光信號的傳輸可避免介質材料 的影響，例如材料色散、外界環境的干擾影等。因此，中空帶隙的光子晶體光纖具有光傳輸 小畸變、甚至無畸變；對外界溫度不敏感；對外界輻照不敏感等系列特性，在大功率激光傳 輸、光信號無畸變傳輸以及航天用光纖陀螺等領域具有非常巨大的應用價值。
[0004] 但是，由于中空帶隙光子晶體光纖還存在設計和研制工藝的諸多難題，其在 1550nm波長的衰減水平還在數dB/km量級甚至以上水平，存在光纖損耗大、帶隙傳輸波段 實現難等問題，因此遲遲未能有實用化的基于其制備的光纖器件研宄成果。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種低損耗中空帶隙光子晶 體光纖，本發明能夠有效降低中空帶隙光子晶體光纖的衰減，其衰減小于5dB/km，最優值可 達ldB/km以內。
[0006] 為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖， 包括石英玻璃基底以及設置于石英玻璃基底中并沿光纖軸向分布且貫穿整根光纖的空氣 孔組，所述空氣孔組包括位于石英玻璃基底軸心處的一個中心孔，以及環繞于該中心孔周 圍并呈正六邊形設置的多層環圈，每一層環圈分別由若干邊緣孔排列組成；所述中心孔的 半徑大于邊緣孔的半徑；中心孔內填充有惰性氣體，且中心孔內氣壓大于邊緣孔內氣壓，二 者氣壓比例為1.05~1.5。
[0007] 在上述技術方案的基礎上，所述惰性氣體為氦氣或氮氣。
[0008] 在上述技術方案的基礎上，每一層環圈中邊緣孔的數量為環圈層數加1后乘以6。
[0009] 在上述技術方案的基礎上，所述環圈的層數為5至11層，對應帶隙傳輸波段范圍 為 1200nm ~1600nm。
[0010] 在上述技術方案的基礎上，對應帶隙傳輸波段范圍為1500nm~1560nm。
[0011] 在上述技術方案的基礎上，所述中心孔半徑的取值范圍為4 μπι~8 μπι ;邊緣孔半 徑的取值范圍為1. 3 μπι~2. 6 μπι。
[0012] 在上述技術方案的基礎上，所述中心孔的半徑為邊緣孔半徑的3倍。
[0013] 在上述技術方案的基礎上，所述中心孔的占空比為90%~98% ;邊緣孔的占空比 為 85%~95%。
[0014] 在上述技術方案的基礎上，還包括依次包覆于石英玻璃基底外側的包層和涂層， 其中包層的直徑為80 μ m~135 μ m，涂層的直徑為165 μ m~250 μ m。
[0015] 本發明的有益效果在于：
[0016] 1、本發明通過設置5至11層環圈的結構，結合特定比例的中心孔和邊緣孔，通過 調節中心孔大小和邊緣孔大小比例，以及相互間的間距，可優化中心孔導光的可傳輸的低 損耗光波長范圍，從而形成合適的低損耗帶隙傳輸波段范圍，因此能夠有效降低中空帶隙 光子晶體光纖的衰減，其衰減小于5dB/km，最優值可達ldB/km以內。
[0017] 2、本發明借助較小分子量的惰性氣體和不同氣壓控制，從而將中心孔的膨脹相比 邊緣孔的更大，不但壓縮了中心孔周圍石英壁的厚度，而且減小了中心孔的內壁粗糙度，因 此能夠有效降低中空帶隙光子晶體光纖的衰減。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的結構示意圖；
[0019] 圖2為本發明實施例中具有5層環圈的空氣孔組的排列示意圖；
[0020] 圖3為本發明中中心孔的本征間距示意圖；
[0021] 圖4為本發明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的成型控制示意圖；
[0022] 圖5為本發明中低損耗中空帶隙光子晶體光纖的典型帶隙傳輸損耗圖譜。
[0023] 附圖標記：
[0024] 1 -中心孔；2 -邊緣孔；3 -包層；4 -涂層。
【具體實施方式】
[0025] 名稱定義：
[0026] 本征間距：是指兩個同尺寸的空氣孔及配套周圍的石英層相互挨在一起時，空氣 孔間的間距。該間距為形容該兩個空氣孔及配套石英層只要挨在一起時的固有間距，故定 義為本征間距。
[0027] 以下結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0028] 參見圖1所示，一種低損耗中空帶隙光子晶體光纖，包括石英玻璃基底、依次包覆 于石英玻璃基底外側的包層3和涂層4、設置于石英玻璃基底中并沿光纖軸向分布且貫穿 整根光纖的空氣孔組。其中包層3的直徑為80 μπι~135 μπι，涂層4的直徑為165 μπι~ 250 μ m〇
[0029] 參見圖2所示，所述空氣孔組包括位于石英玻璃基底軸心處的一個中心孔1，以及 環繞于該中心孔1周圍并呈正六邊形設置的多層環圈，優選的，所述環圈的層數為5至11 層。每一層環圈分別由若干邊緣孔2排列組成；所述中心孔1的半徑大于邊緣孔2的半 徑。中心孔1內填充有惰性氣體，且中心孔1內氣壓大于邊緣孔2內氣壓，二者氣壓比例為 1. 05~1. 5。每一層環圈中邊緣孔2的數量為環圈層數加1后乘以6。
[0030] 具體的，緊挨中心孔的第1層環圈定義為nl，如此依次往外，逐漸有n2、n3、n4、n5。 第1層環圈空氣孔