一种低损耗中空带隙光子晶体光纤的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光通信及相关传感器件技术领域，具体来讲是一种低损耗中空带隙光 子晶体光纤。
【背景技术】
[0002] 光子晶体光纤（PCF)具备许多独特而新颖的物理特性，这些特性是常规石英单模 光纤很难或无法实现的。当前光子晶体光纤自身和光子晶体光纤特性在光通讯、光网络中 的应用等科学问题都是世界各国科学家关注着的重大问题，国际上这一领域的研宄刚刚开 始。在非线性光学研宄领域，可以利用光子晶体光纤产生超连续光谱、光孤子脉冲、脉冲压 缩、自相位调制和交叉相位调制、参量振荡和四波混频等等。
[0003] 常规石英光纤为折射率引导型导光机理，光在石英纤芯传输，当光功率提高时，会 面临诸如非线性效应增强、光功率提高带来的石英材料损伤而引起传输损耗增大等问题。 中空带隙光子晶体光纤由于采用空气或真空作为传输媒质，避免了石英玻璃光纤较大的吸 收与瑞利散射损耗，同时由于光在中空带隙光子晶体光纤的空芯内传输，其传输时经过的 介质为空气，相比常规石英光纤经过的石英介质而言，此时光信号的传输可避免介质材料 的影响，例如材料色散、外界环境的干扰影等。因此，中空带隙的光子晶体光纤具有光传输 小畸变、甚至无畸变；对外界温度不敏感；对外界辐照不敏感等系列特性，在大功率激光传 输、光信号无畸变传输以及航天用光纤陀螺等领域具有非常巨大的应用价值。
[0004] 但是，由于中空带隙光子晶体光纤还存在设计和研制工艺的诸多难题，其在 1550nm波长的衰减水平还在数dB/km量级甚至以上水平，存在光纤损耗大、带隙传输波段 实现难等问题，因此迟迟未能有实用化的基于其制备的光纤器件研宄成果。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低损耗中空带隙光子晶 体光纤，本发明能够有效降低中空带隙光子晶体光纤的衰减，其衰减小于5dB/km，最优值可 达ldB/km以内。
[0006] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种低损耗中空带隙光子晶体光纤， 包括石英玻璃基底以及设置于石英玻璃基底中并沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤的空气 孔组，所述空气孔组包括位于石英玻璃基底轴心处的一个中心孔，以及环绕于该中心孔周 围并呈正六边形设置的多层环圈，每一层环圈分别由若干边缘孔排列组成；所述中心孔的 半径大于边缘孔的半径；中心孔内填充有惰性气体，且中心孔内气压大于边缘孔内气压，二 者气压比例为1.05~1.5。
[0007] 在上述技术方案的基础上，所述惰性气体为氦气或氮气。
[0008] 在上述技术方案的基础上，每一层环圈中边缘孔的数量为环圈层数加1后乘以6。
[0009] 在上述技术方案的基础上，所述环圈的层数为5至11层，对应带隙传输波段范围 为 1200nm ~1600nm。
[0010] 在上述技术方案的基础上，对应带隙传输波段范围为1500nm~1560nm。
[0011] 在上述技术方案的基础上，所述中心孔半径的取值范围为4 μπι~8 μπι ;边缘孔半 径的取值范围为1. 3 μπι~2. 6 μπι。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述中心孔的半径为边缘孔半径的3倍。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述中心孔的占空比为90%~98% ;边缘孔的占空比 为 85%~95%。
[0014] 在上述技术方案的基础上，还包括依次包覆于石英玻璃基底外侧的包层和涂层， 其中包层的直径为80 μ m~135 μ m，涂层的直径为165 μ m~250 μ m。
[0015] 本发明的有益效果在于：
[0016] 1、本发明通过设置5至11层环圈的结构，结合特定比例的中心孔和边缘孔，通过 调节中心孔大小和边缘孔大小比例，以及相互间的间距，可优化中心孔导光的可传输的低 损耗光波长范围，从而形成合适的低损耗带隙传输波段范围，因此能够有效降低中空带隙 光子晶体光纤的衰减，其衰减小于5dB/km，最优值可达ldB/km以内。
[0017] 2、本发明借助较小分子量的惰性气体和不同气压控制，从而将中心孔的膨胀相比 边缘孔的更大，不但压缩了中心孔周围石英壁的厚度，而且减小了中心孔的内壁粗糙度，因 此能够有效降低中空带隙光子晶体光纤的衰减。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明中低损耗中空带隙光子晶体光纤的结构示意图；
[0019] 图2为本发明实施例中具有5层环圈的空气孔组的排列示意图；
[0020] 图3为本发明中中心孔的本征间距示意图；
[0021] 图4为本发明中低损耗中空带隙光子晶体光纤的成型控制示意图；
[0022] 图5为本发明中低损耗中空带隙光子晶体光纤的典型带隙传输损耗图谱。
[0023] 附图标记：
[0024] 1 -中心孔；2 -边缘孔；3 -包层；4 -涂层。
【具体实施方式】
[0025] 名称定义：
[0026] 本征间距：是指两个同尺寸的空气孔及配套周围的石英层相互挨在一起时，空气 孔间的间距。该间距为形容该两个空气孔及配套石英层只要挨在一起时的固有间距，故定 义为本征间距。
[0027] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0028] 参见图1所示，一种低损耗中空带隙光子晶体光纤，包括石英玻璃基底、依次包覆 于石英玻璃基底外侧的包层3和涂层4、设置于石英玻璃基底中并沿光纤轴向分布且贯穿 整根光纤的空气孔组。其中包层3的直径为80 μπι~135 μπι，涂层4的直径为165 μπι~ 250 μ m〇
[0029] 参见图2所示，所述空气孔组包括位于石英玻璃基底轴心处的一个中心孔1，以及 环绕于该中心孔1周围并呈正六边形设置的多层环圈，优选的，所述环圈的层数为5至11 层。每一层环圈分别由若干边缘孔2排列组成；所述中心孔1的半径大于边缘孔2的半 径。中心孔1内填充有惰性气体，且中心孔1内气压大于边缘孔2内气压，二者气压比例为 1. 05~1. 5。每一层环圈中边缘孔2的数量为环圈层数加1后乘以6。
[0030] 具体的，紧挨中心孔的第1层环圈定义为nl，如此依次往外，逐渐有n2、n3、n4、n5。 第1层环圈空气孔