一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法与流程

1.本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法。


背景技术：

2.空芯微结构光纤具有结构简单、空芯单模导光、传输谱宽的特点，在光与填充物质相互作用、非线性光学、气体检测、气体激光产生、光流体技术等领域都具有重要的应用；大空气孔纤芯导光具有超低的瑞利散射、低非线性系数、色散可调特性，可以提供更高的激光损伤阈值，使其在高功率激光传输、紫外/中红外光传输、脉冲压缩和光孤子传输等方面有潜在的应用；空气芯的超低损耗、低色散、低非线性、接近光速的传播速度，可实现空芯光纤通信传输及通信器件的开发，为下一代超大容量、低延迟、高速光通信系统的建设发展奠定基础。
3.即使空芯光纤在设计和应用方面有很大优势，然而其传输损耗一直高于传统的石英光纤，近年来人们惊讶的发现基于反谐振原理的空芯光纤在合理的结构设计之下，能有效的减小传输损耗，具有作为超长距离通信光纤的潜力。进一步降低衰减，仍然是空芯微结构光纤成为光纤制造领域的一个重要课题。已有的研究表明：通过结构设计增加玻璃薄膜的层数并控制每一层玻璃薄膜的曲率，使得这种光纤能够在任意波长都提供比现有常规光纤更低的损耗。
4.现有技术中，往往通过负曲率的包层设计和无节点结构来降低空芯光纤的衰减。文献us10989866b2提出了一种由外包层区域和外包层区域周围的7个空芯管组成的空芯光子晶体光纤，将每一个空芯管熔接到外包层上，形成环形，空芯管彼此不接触，与相邻的空芯管有距离，每个空芯管都有一个平均外径d2和平均内径d1，其中d1/d2等于或大于约0.8，从而控制玻璃薄膜的曲率，这样空芯光纤的衰减可以做到30db/km。但是通过反射面曲率进一步降低衰减将受到限制，导致其应用场景受限，于是涌现了一批通过在包层毛细管中增加反谐振层的数量来实现更低的光纤衰减性能的技术。
5.文献us10527782b2提出了通过嵌套相切的毛细管方式来增加反谐振层数量，可以在一定程度上降低衰减。但是其反谐振层的数量只有5层，导致其衰减水平仍然比常规石英光纤衰减要高，无法满足长距离光纤传输。
6.然而目前由于不断增加结构单元层数来降低反谐振光纤的损耗，使得其制备控制极其困难，具体而言：反射薄膜的曲率控制难度也随着结构单元层数增加而增加，相切圆管连接的方式在制备控制方面不易控制，使得多个结构单元之间的一致性不理想。总体而言目前的具备多层反射面的空芯微结构反谐振光纤，在实际制造过程中成品率低且批次一致性差。以上问题，导致目前设计的低损耗反谐振光纤批量化生产困难。


技术实现要素：

7.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种空芯微结构光纤预制
棒、光纤及其制备方法，其目的在于通过在空芯微结构光纤预制棒的嵌套结构单元中引入支撑片，不仅在不增加玻璃管嵌套层数的前提下增加了反射面，而且相比于相切结构嵌套的玻璃管，支撑片更容易准确定位，提高制造精度，由此解决现有的反谐振光纤通过增加嵌套微结构单元的层数来增加反射面导致的反射面曲率控制困难，制作精度低、实际损耗与理论损耗差距较大或批次一致性差的技术问题。
8.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，包括包层空芯套管、以及排列在所述包层空芯套管内壁的多个嵌套结构单元，所述嵌套单元用于形成其内切圆尺寸的空气纤芯区域；所述嵌套结构单元，包括多层嵌套的玻璃管；
9.所述多层嵌套的玻璃管中至少一组相邻嵌套的玻璃管之间设有支撑片；所述支撑片，将所述相邻嵌套的玻璃管稳固固定，使得所述相邻嵌套的玻璃管形成至少7个反射面。
10.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述支撑片分布于所述反射面法线以外，所述反射面的法线经过所述预制棒横截面的几何中心。
11.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述支撑片与反射面切向方向平行。
12.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述相邻嵌套的玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置或关于嵌套结构单元的几何中心对称设置。
13.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述相邻嵌套的玻璃管中至少一个具有圆形横截面；优选所述相邻嵌套的玻璃管中外侧玻璃管具有圆形横截面。
14.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其所述嵌套结构单元，包括同心嵌套的内玻璃管和外玻璃管，所述内玻璃管和外玻璃管具有圆形横截面；所述内玻璃管和外玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置于内玻璃管的直径上。
15.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒，其包括4个或以上的嵌套结构单元。
16.按照本发明的另一个方面，提供了所述的空芯微结构光纤预制棒的制备方法，包括以下步骤：
17.嵌套结构单元的组装：对于相邻的具有支撑片的嵌套的玻璃管，由内而外的将支撑片与嵌套玻璃管在预设的位置按照预设方向固定；
18.包层空芯套管组装：将预设数量的嵌套结构单元嵌套于包层空芯套管中，以支撑片为定位，使嵌套结构单元与包层空芯套管处于预设的位置固定。
19.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其所述嵌套结构单元的组装具体为：
20.首先将内侧玻璃管与支撑片固定，固定过程采用辅助模具，保持支撑片与内侧玻璃管的相对位置；
21.然后将固定有支撑片的内侧玻璃管与外侧玻璃管嵌套，侧向放置使得支撑片与外侧玻璃管处于预设的位置并固定。
22.优选地，所述空芯微结构光纤预制棒的制备方法，其所述以支撑片为定位，采用横截面图像法进行机器视觉定位或者采用端面套模进行机械定位。
23.按照本发明的另一个方面，提供了一种空芯微结构光纤，其包括具有多个嵌套微结构的包层外套管；所述多个嵌套微结构包围形成纤芯区域；所述嵌套微结构分布于所述
包层外套管内壁，与所述包层外套管内壁相切固定；
24.所述嵌套结构至少由外而内的包括嵌套的第一与第二反谐振环，所述第一与第二反谐振环之间具有连接桥，所述嵌套微结构至少具有第一与第二反谐振环形成的7个反射面。
25.优选地，所述空芯微结构光纤，其所述多个嵌套微结构中与空芯微结构光纤轴线距离相同的反射面的内切圆将包层划分为多个区域，由内而外分别是直径为d0的纤芯区域、直径为d1的第一反谐振环、直径为d2的第二反谐振环以及厚度为t0的连接桥；其芯层区域直径d0为10～50um，更优的所述的芯层区域直径d0为10～20um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为20～30um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为30～40um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为40～50um；
26.第一反谐振环等效面积s1为20～1600um2，第二反谐振环等效外径s2为3～500um2；所述第一反谐振环壁厚t1为0.1～2.0um，所述第二反谐振环壁厚t2为0.1～2.0um；所述连接桥壁厚t0为0.1～2.0um。
27.优选地，所述空芯微结构光纤，其所述反射面包括正曲率反射面以及负曲率反射面，所述正曲率反射面的曲率半径范围为0.2～150um，负曲率反射面的曲率半径范围为-150～-0.2um。
28.优选地，所述空芯微结构光纤，其所述第一反谐振环和/或第二反谐振环成圆形、椭圆形或者8字型。
29.优选地，所述空芯微结构光纤，其所述嵌套微结构之间的最小距离g满足以下关系为0《g≤15um；且嵌套微结构之间的最小距离g与第一反谐振环壁厚t1之间的比例g/t1为5到20，或者为1到6，或者为15到25。
30.优选地，所述空芯微结构光纤，其所述的嵌套微结构材料折射率＜2.0，更优的＜1.5。
31.优选地，所述空芯微结构光纤，其多个所述嵌套微结构反射性能不同，优选所述嵌套微结构具有不同的形状、厚度、和/或尺寸，使所述空芯微结构光纤的横截面具有不对称性。
32.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
33.本发明提供的空芯微结构光纤预制棒，在嵌套微结构单元中引入了支撑片结构，在不增加嵌套层数的前提下，增加了最终制得的空芯微结构光纤的反射面数量，同时支撑片的结构明显，相对于相切结构，在组装空芯微结构光纤预制棒时，更容易精准定位，从而提高光纤预制棒的制作精度和批次一致性。故一方面通过提高反射面数量，降低空芯微结构光纤的损耗，另一方面提供过提高光纤预制棒制作精度，使制作的空芯微结构光纤的损耗接近理论值，综合降低了制作的空芯微结构光纤的损耗。为宽带低损耗空芯光纤的设计和制作提供了新方案和思路。
34.本发明提供的空芯光纤微结构预制棒的制作方法，通过支撑片支撑降低多层嵌套玻璃管的制作难度，提供多层嵌套玻璃管的制作精度和批次一致性；通过嵌套玻璃管中支撑片定位，能精确的将多个嵌套结构单元与包层空芯套管固定，制作精度高、批次一致性好。
附图说明
35.图1是本发明实施例1提供的空芯微结构光纤结构示意图；
36.图2是本发明实施例1制作空芯微结构光纤预制棒将支撑片和内玻璃管固定的结构示意图；
37.图3是本发明实施例1制作空芯微结构光纤预制棒将支撑片和外玻璃管固定的结构示意图；
38.图4是本发明实施例1-1至1-6提供的空芯微结构光纤结构示意图；
39.图5是本发明实施例2提供的空芯微结构光纤结构示意图；
40.图6是本发明实施例3、4提供的空芯微结构光纤结构示意图；
41.图7是本发明实施例5提供的空芯微结构光纤结构示意图；
42.图8是本发明实施例6提供的空芯微结构光纤结构示意图；
43.图9是本发明实施例7、8提供的空芯微结构光纤结构示意图；
44.图10是本发明实施例9、10提供的空芯微结构光纤结构示意图；
45.图11是本发明实施例11提供的空芯微结构光纤结构示意图；
46.图12是本发明实施例12、13提供的空芯微结构光纤结构示意图；
47.图13是本发明实施例14提供的空芯微结构光纤结构示意图；
48.图14是本发明实施例15至18提供的空芯微结构光纤结构示意图；
49.图15是本发明实施例1提供的空芯微结构光纤模场分布示意图；
50.图16是本发明实施例1、1-1、1-6、2提供的空芯微结构光纤衰减谱图；
51.图17是本发明实施例4、5、6、7提供的空芯微结构光纤衰减谱图；
52.图18是本发明实施例9、11、12、14、17提供的空芯微结构光纤衰减谱图。
具体实施方式
53.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
54.本发明提供的空芯微结构光纤预制棒，包括包层空芯套管和均匀排列在所述包层空芯套管内壁的多个嵌套结构单元，所述嵌套单元用于形成其内切圆尺寸的空气纤芯区域；所述嵌套结构单元，包括多层嵌套的玻璃管；优选包括4个或以上的嵌套结构单元；所述包层空芯套管用于形成空芯微结构光纤的包层外套管；所述嵌套结构单元用于形成嵌套微结构；所述玻璃管用于形成反谐振环；
55.所述多层嵌套的玻璃管中至少一组相邻嵌套的玻璃管之间设有支撑片；所述支撑片，将所述相邻嵌套的玻璃管稳固固定，使得所述相邻嵌套的玻璃管形成至少7个反射面；优选，所述支撑片分布于所述反射面法线以外，所述支撑片优选与反射面切向方向平行；所述反射面的法线经过所述预制棒横截面的几何中心；
56.优选方案所述相邻嵌套的玻璃管之间包括一对支撑片，所述支撑片关于反射面法线方向对称设置或关于嵌套结构单元的几何中心对称设置。
57.目前嵌套玻璃管的支撑方案，为了避免使用节点连接造成玻璃厚度增加或厚度不
均，从而产生谐振影响光纤性能，一般采用内外玻璃管相切的支撑方案，而这种支撑方案虽然能避免对嵌套玻璃管厚度的影响，然而会减少至少2个反射面，同时嵌套结构单元的圆形外壁会导致在预制棒制备时难以准确将相切的连接处与包层空芯套管内壁固定，造成微结构光纤在实际制造中极为困难，实际制作出的光纤结构难以实现反谐振光纤的设计结构，光纤衰耗与理论分析值相差较大，且难以批量制造。
58.而支撑片，不仅使得相邻嵌套玻璃管管壁不接触，形成更多的反射面，同时可以通过支撑片定位，从而准确的将嵌套结构单元和包层空芯套管内壁进行固定，横截面优选采用直线结构。优选方案，采用一对支撑片，关于反射面法线方向对称设置且与反射面切线方向平行，减小支撑片在拉丝过程中对反射面曲率及厚度控制的干扰。内外玻璃管相切的支撑方案，一般其切点处于反射面上，切点处的厚度由内外玻璃管厚度和决定，其厚度明显的大于其他反射面，本发明采用支撑片形成的反谐振环厚度均匀，反射面更多。虽然采用支撑片会引入更多的节点，然而将节点尽可能的避开反射面分布，例如支撑片分布在反谐振环反射面法向两侧，能有效降低支撑片对于降低光纤衰减带来的不利影响，综合而言降低了光纤衰减，并且使得实际制作的光纤与理论模型模拟的光纤衰减差异较小。
59.优选方案，所述相邻嵌套的玻璃管中至少一个具有圆形横截面；优选所述相邻嵌套的玻璃管中外侧玻璃管具有圆形横截面。从横截面方向上看，圆形的玻璃管与直线结构的支撑片能显著的提高嵌套结构单元的对称性，从降低光纤预制棒的制作工艺难度，而提升低损耗光纤预制棒的结构精度。相对而言，由于支撑片设置在外侧玻璃管内部，较难以嵌套和固定，因此外侧玻璃管的圆形截面对于光纤预制棒的结构精度提高贡献较大。
60.本发明提供的空芯微结构光纤预制棒，优选的制备方法包括以下步骤：
61.嵌套结构单元的组装：对于相邻的具有支撑片的嵌套的玻璃管，由内而外的将支撑片与嵌套玻璃管在预设的位置按照预设方向固定；具体而言，首先将内侧玻璃管与支撑片固定，优选熔融固定，固定过程可采用辅助模具，保持支撑片与内侧玻璃管的相对位置；然后将固定有支撑片的内侧玻璃管与外侧玻璃管嵌套，侧向放置使得支撑片与外侧玻璃管处于预设的位置并固定，优选熔融固定。
62.包层空芯套管组装：将预设数量的嵌套结构单元嵌套于包层空芯套管中，以支撑片为定位，使嵌套结构单元与包层空芯套管处于预设的位置固定。所述以支撑片为定位，可以采用横截面图像法进行机器视觉定位或者采用端面套模进行机械定位。
63.本发明提供的空芯微结构光纤预制棒，在拉丝过程中可通过控制各个封闭区域通入气体的通气量，控制最终拉丝形成的光纤包层微结构反射面的曲率和厚度，即使是同样的光纤预制棒，亦可拉丝形成具有不同反射面曲率和厚度的微结构的空芯微结构光纤。
64.本发明提供的空芯微结构光纤，包括具有嵌套微结构的包层外套管；所述嵌套微结构包围形成纤芯区域；所述嵌套微结构均匀分布于所述包层外套管内壁，与所述包层外套管内壁相切固定；所述嵌套结构至少由外而内的包括嵌套的第一与第二反谐环，所述第一与第二反谐振环之间具有连接桥，所述嵌套微结构至少具有第一与第二反谐振环形成的7个反射面；
65.所述多个嵌套微结构中与空芯微结构光纤轴线距离相同的反射面的内切圆将包层划分为多个区域，由内而外分别是直径为d0的纤芯区域、面积为s1的第一反谐振环、面积为s2的第二反谐振环以及厚度为t0的支撑片。其芯层区域直径d0为10～50um，更优的所述的
芯层区域直径d0为10～20um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为20～30um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为30～40um，或者更优的所述的芯层区域直径d0为40～50um。第一反谐振环等效面积s1为20～1600um2，第二反谐振环等效外径s2为3～500um2。连接桥壁厚t0为0.1～2.0um。
66.所述反射面包括正曲率反射面以及负曲率反射面两种，正曲率反射面的曲率半径范围为0.2～150um，负曲率反射面的曲率半径范围为-150～-0.2um，使得第一反谐振环和/或第二反谐振环成圆形、椭圆形或者8字型。
67.所述第一反谐振环壁厚t1为0.1～2.0um，所述第二反谐振环壁厚t2为0.1～2.0um。
68.所述嵌套微结构之间的最小距离g为0《g≤15um，且嵌套微结构之间的最小距离g与第一反谐振环壁厚t1之间的比例g/t1为5到20，或者为1到6，或者为15到25。
69.所述的微结构材料折射率＜2.0，更优的＜1.5。
70.按照上述设计的空芯微结构光纤，其导引光在0.25um至3.5um处具备低损耗的性能，其最低的光学传播损耗水平可≤50db/km，更优的≤1db/km，更优的≤0.1db/km。
71.所述的空芯微结构光纤，可应用于有效单模传输、少模或者多模传输、非线性光学、气体检测、气体激光产生、偏振保持等场景。
72.特别地，当用作偏振保持光纤时，其多个嵌套微结构反射性能不同，优选所述嵌套微结构具有不同的形状、厚度、和/或尺寸，使所述空芯微结构光纤的横截面具有不对称性，从而实现较大的双折射性能，其双折射≥10-5
，更优的≥10-4
，更优的≥10-3
。
73.以下为实施例：
74.实施例1
75.本实施例提供的空芯光纤预制棒，包括包层空芯套管和均匀排列在所述包层空芯套管内壁的6个嵌套结构单元。所述包层空芯套管用于形成空芯微结构光纤的包层外套管；所述嵌套结构单元用于形成嵌套微结构；所述玻璃管用于形成反谐振环；
76.所述嵌套单元用于形成其内切圆尺寸的空气纤芯区域，本实施例中，嵌套单元包括2层同心嵌套的圆形玻璃管，内外玻璃管之间设有支撑片，将所述相邻嵌套的玻璃管稳固固定，使得内外玻璃管形成7个反射面。
77.本实施例中，两个支撑片设置在垂直于反射面法线方向，且连接第一反谐振环和第二反谐振环。反射面法线方向在本实施例中即通过光纤几何中心的径向方向，支撑片关于该反射面法线方向对称且远离，并且与反射面切线方向平行，使得支撑片的节点远离反射面，减少对反射面的影响，同时支撑片本身也一定程度上起到了反射面的作用，帮助降低衰耗。
78.本实施例提供的空芯微结构光纤预制棒，其制备方法包括以下步骤：
79.嵌套结构单元的组装：将预先制备的外径3.2mm、壁厚0.12mm的内玻璃管和宽度为1.5mm、厚度为0.12mm的支撑片采用模具固定在内玻璃管直径的两侧的外延长线上，如图2所示，通过氢氧焰或者激光焊接的方式使二者熔融固定；然后插入嵌套到预先制备的外径6.3mm、壁厚0.13mm的外玻璃管中，采用端面模具固定，通过氢氧焰或者激光焊接的方式使支撑片和外玻璃管内壁熔融固定，如图3所示。
80.包层空芯套管组装：将6个嵌套结构单元依次插入嵌套于包层空芯套管中，每次插
入嵌套结构单元后，进行机器视觉定位：摄像头侧预先投射预定的空芯微结构光纤预制棒局部或全部的横截面图像，使插入的嵌套机构单元处于侧放的包层空芯套管的内侧底部，并转动微结构单元使其调整到支撑片与投射的横截面图像的支撑片位置相吻合，从而以支撑片的位置定位嵌套结构单元；调整好后，将该嵌套结构单元与包层空芯套管通过氢氧焰或者激光焊接的方式使二者熔融固定；然后转动包层空芯套管，使已经固定的嵌套结构单元处于透射的横截面图像其他嵌套结构单元的投影位置，插入下一个嵌套结构单元，并重复上述操作，直至所有的嵌套微结构单元都在预设的位置固定。
81.本实施例采用横截面图像法进行机器视觉定位，不受端面套模机械加工精度的限制，具有良好的精度和批次一致性。
82.本实施例提供的空芯光纤预制棒拉制的空芯光纤如图1所示，包括具有嵌套微结构5的包层外套管1，所述嵌套微结构5包围形成纤芯区域，所述包层区域由包层外套管1以及多个嵌套微结构单元5组成，所述的嵌套微结构单元5由第一反谐振环2以及由连接桥4连接的第二反谐振环3组成，所述芯层区域由嵌套微结构单元5包围而成，所述芯层区域为与嵌套微结构单元5相切的最大内切圆，其直径d0为34.5um，所述第一反谐振环的等效面积s1为480um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.5um，所述第二反谐振环的等效面积s2为122um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.45um，连接桥4的厚t0为0.45um，所述嵌套微结构单元5之间的间距g为4.4um。在第一反谐振环内部增加第二反谐振环，增加了反谐振层的数量，如图1所示，反谐振层的数量增加到了7层(从5a～5g)，这样的好处是可以将光更多的从包层反射回芯层中传输，进而达到降低光纤衰减的目的。实施例1的模型化光纤在1550nm处的模场分布如图15所示，可以看见光被很好的约束在空芯纤芯中传输。实施例1所示的模型化光纤对应的损耗随波长的变化如图16所示，其最低衰减可以到0.01db/km以下。其中以文献us10527782b2中的衰减作为对比例1呈现在图16到图18中。模拟显示，本发明设计的反谐振光纤具有明显更低的衰减。
83.本实施例提供的空芯微结构光纤预制棒，在拉丝过程中可通过控制各个封闭区域通入气体的通气量，控制最终拉丝形成的光纤包层微结构反射面的曲率和厚度。如图4中所示的实施例1-1至1-6所示结构的空芯光纤，其均为实施例1所示的空芯光纤预制棒在拉丝时发生的结构形变，包括但不限于第一反谐振环和第二反谐振环可变形为圆形、椭圆形、跑道形或者“8”字型，但是依然具备低损耗的空芯传光能力，实施例1-1和实施例1-6的衰减曲线如图16所示。实施例1以及实施例1-1到1-6的结构参数如下表1所示，其中曲率半径1、2、3、4分别对应反射面5a、5c、5e、5g其法线方向上的曲率半径：
[0084][0085]
实施例2
[0086]
本实施例提供的空芯光纤，基本结构同实施例1，区别仅在于嵌套结构单元的连接桥与反射面法线方向的交角不同，实施例2的结构如图5所示，其连接桥与反射面法线方向呈一定角度。实施例2中的连接桥与法线方向呈60
°
分布，所述芯层区域直径d0为37.8um，所述第一反谐振环的等效面积s1为585um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.64um，所述第二反谐振环的等效面积s2为190um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.76um，所述连接桥的壁厚t0为0.56um。其中实施例2的衰减曲线如图16所示。
[0087]
实施例3～4
[0088]
本实施例提供的空芯光纤，基本结构同实施例1，区别仅在于嵌套结构单元的连接桥的分布，其中实施例3的结构如图6所示，其中一个连接桥形成的连接桥呈法线方向分布，另一个连接桥与之呈直角分布，所述芯层区域直径d0为36.4um，所述第一反谐振环的等效面积s1为540um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.46um，所述第二反谐振环的等效面积s2为180um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.46um，所述连接桥的壁厚t0为0.51um。实施例4中的两个连接桥与法线方向上的夹角为30
°
分布，所述芯层区域直径d0为31.3um，所述第一反谐振环的等效面积s1为448um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.68um，所述第二反谐振环的等效面积s2为132um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.46um，所述连接桥的壁厚t0为0.59um。其中实施例4的衰减曲线如图17所示。
[0089]
实施例5
[0090]
本实施例提供的空芯光纤，其嵌套微结构采用非同心嵌套：其基本结构同实施例1，但两侧的连接桥长度以及方位角不同。其中实施例5的结构如图7所示，其连接桥沿着法线方向呈90
°
分布，短连接桥的长度是长连接桥长度的1/4，所述芯层区域直径d0为33.2um，所述第一反谐振环的等效面积s1为515um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.77um，所述第二反谐振环的等效面积s2为155um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.56um，所述连接桥的壁厚t0为0.43um。其中实施例5的衰减曲线如图17所示。
[0091]
实施例6
[0092]
本实施例提供的空芯光纤，其嵌套微结构的连接桥亦可处于外层圆形玻璃管的非直径弦上，使内外圆形玻璃管同心或非同心嵌套。结构如图8所示。实施例6的连接桥沿着法线方向呈90
°
分布，且连接桥与第一反谐振环的中心有1/6第一反谐振环直径的偏移，其芯
层区域直径d0为38.5um，所述第一反谐振环的等效面积s1为590um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.87um，所述第二反谐振环的等效面积s2为187um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.69um，所述连接桥的壁厚t0为0.57um。其中实施例6的同心嵌套方案衰减曲线如图17所示。
[0093]
实施例7～8
[0094]
只通过一个连接桥也可实现7层反谐振面，空芯光纤的结构可参见图9所示。实施例7的连接桥沿法线方向呈90
°
分布，连接桥的长度为第一反谐振环直径的1/2，其芯层区域直径d0为31.6um，所述第一反谐振环的等效面积s1为488um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.42um，所述第二反谐振环的等效面积s2为122um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.52um，所述连接桥的壁厚t0为0.57um。实施例8的连接桥沿法线方向呈90
°
分布，连接桥的长度为第一反谐振环直径的1/6，其芯层区域直径d0为25.8um，所述第一反谐振环的等效面积s1为443um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.75um，所述第二反谐振环的等效面积s2为114um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.63um，所述连接桥的壁厚t0为0.65um。实施例7的衰减曲线如图17所示。
[0095]
实施例9～10
[0096]
通过直径的连接桥，如图10所示，能更加准确地确定空芯微结构中反谐振环的相对位置，从而提高微结构的一致性。实施例9的连接桥通过第一反谐振环的中心，沿法线方向呈90
°
分布，第二反谐振环通过连接桥被固定到靠近纤芯这一侧，其芯层区域直径d0为28.9um，所述第一反谐振环的等效面积s1为457um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.52um，所述第二反谐振环的等效面积s2为83um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.48um，所述连接桥的壁厚t0为0.64um。实施例10的连接桥通过第一反谐振环的中心，沿法线方向呈90
°
分布，第二反谐振环通过连接桥被固定到靠近外包层这一侧，其芯层区域直径d0为29.6um，所述第一反谐振环的等效面积s1为460um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.86um，所述第二反谐振环的等效面积s2为102um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.74um，所述连接桥的壁厚t0为0.79um。其中实施例9的衰减曲线如图18所示。
[0097]
实施例11
[0098]
采用三个及以上数量的连接桥也能达到支撑第二反谐振环的目的，如图11中实施例11的连接桥数量为三，其连接桥在实施例1的结构基础上，在沿法线方向上增加了第三个连接桥,其芯层区域直径d0为26.5um，所述第一反谐振环的等效面积s1为432um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.41um，所述第二反谐振环的等效面积s2为113um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.53um，所述连接桥的壁厚t0为0.55um。其衰减曲线如图18所示。
[0099]
实施例12、13
[0100]
嵌套的玻璃管中还可以增加更多的玻璃管及以上更多数量的反谐振环，如图5中的实施例12和实施例13，同样能达到低损耗的性能。实施例12是在实施例1的基础上，在第二反谐振环内部通过连接桥的方式增加了第三反谐振环，第一与第二反谐振环之间的连接桥和第二与第三反谐振环之间的连接桥处于同一直径上，其芯层区域直径d0为33.8um，所述第一反谐振环的等效面积s1为447um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.44um，所述第二反谐振环的等效面积s2为143um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.43um，所述第三反谐振环的等效面积s2为32um2，所述第三反谐振环的壁厚t3为0.48um，所述连接桥的壁厚t0为0.54um。
实施例13是在实施例1的基础上，在第二反谐振环内部直接嵌套了第三反谐振环，第三反谐振环以相切支撑的形式设置在第二反谐振环内，切点在第二反谐振环外侧与光纤径向的交点，其芯层区域直径d0为35.4um，所述第一反谐振环的等效面积s1为477um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为0.45um，所述第二反谐振环的等效面积s2为157um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为0.54um，所述第三反谐振环的等效面积s2为38um2所述第三反谐振环的壁厚t2为0.66um，所述连接桥的壁厚t0为0.57um。其中实施例12的衰减曲线如图18所示。
[0101]
实施例14
[0102]
多层嵌套的嵌套结构单元，组装会更加困难，连接桥的使用将大幅提高制作精度和光纤拉丝的稳定性。同时可以结合椭圆与圆形的配合，来实现精确的多层嵌套结构，如图13所示。实施例14的第二谐振环为椭圆形，在第二谐振环内部嵌套了第三谐振环，第三谐振环为圆形与第二谐振环相切嵌套，其芯层区域直径d0为47.9um，所述第一反谐振环的等效面积s1为677um2，所述第一反谐振环的壁厚t1为1.13um，所述第二反谐振环的等效面积s2为159um2，所述第二反谐振环的壁厚t2为1.05um，所述第三反谐振环的等效面积s2为64um2，所述第三反谐振环的壁厚t3为0.93um所述连接桥的壁厚t0为0.89um。实施例14的衰减曲线如图18所示。
[0103]
实施例15～18
[0104]
另外空芯微结构光纤通过引入不同形状、不同厚度、不同尺寸、不同反射层数的毛细管，减少了结构的对称性，从而可以实现较大的双折射性能，如图14所示。例如实施例15，在实施例1的结构基础上将两个对称分布的第一谐振环的形状由圆形改变为椭圆形，椭圆形的长半轴为16.4um，短半轴长度为12.4um，其余参数与实施例1保持不变，其双折射为4.5
×
10-4
。实施例16所示的空芯微结构光纤是通过改变厚度来提高空芯微结构光纤的双折射性能，实施例1的结构基础上将两个对称分布的第一谐振环的壁厚改变为1.1um，其余参数与实施例1保持不变，其双折射为3.7
×
10-5
。实施例17所示的空芯微结构光纤在实施例1的结构基础上将两个对称分布的第一谐振环的等效面积改变为570um2，其余参数参考实施例1保持不变，其双折射为5.3
×
10-4
。实施例18所示的空芯微结构光纤在实施例1的结构基础上将两个对称分布的第二谐振环及其连接桥去掉后，也能实现较大的双折射效果，其余参数参考实施例1保持不变，其双折射为1.8
×
10-5
。其中实施例17的衰减曲线如图18所示，同样具备低损耗传输的性能。
[0105]
以上实施例中，其预制棒的制备亦可采用端面套模的方法进行制备，具体方法如下：
[0106]
将玻璃管、连接桥的轴向端面固定在模具上，组装为嵌套结构单元，对嵌套结构单元的各个部件进行熔融固定；
[0107]
包层空芯套管组装，端面套模的横截面具有与设计的空芯微结构光纤预制棒连接桥位置相应的定位槽，多个嵌套结构单元通过定位槽固定，然后插入外套包层空芯套管中，通过氢氧焰或者激光焊接的方式使二者熔融固定。
[0108]
端面套模的方式进行空芯微结构光纤的预制棒组装，虽然精度受到机械加工的限制，然而可同时定位多个嵌套结构单元，效率较高，适合较大尺寸的空芯光纤预制棒的批量化生产。
[0109]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以
限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。