一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种光信息和光能量同时传输的微结构光纤，该微结构光纤光纤的纤芯为实芯，包层由周期性排列的气孔围绕而成，气孔与完美匹配层相嵌。为了证明实芯大芯径微结构光纤在信能共传领域的使用前景，本发明专利技术实际拉制出了长度超过1.37km，在976nm波段下，2.26dB/km传输损耗的微结构光纤。为接入全光纤信能共传通信系统中，本发明专利技术解决了熔接问题，将熔接损耗控制在0.25‑0.36dB，较好的解决了光纤接入全光纤通信系统中的熔接点损耗问题。综上，本发明专利技术的工作旨在开发支持能量‑信号共传的长距离光子晶体光纤，并进行通信系统应用验证。

A microstructured optical fiber with simultaneous interpreting optical information and optical energy

【技术实现步骤摘要】
一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤
本专利技术涉及激光能量传输和光纤通信
，具体涉及一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤。
技术介绍
移动互联网和物联网作为未来移动通信发展的两大主要驱动力，为第五代移动通信(5G)提供了广阔的应用前景。面对数据流量的千倍增长、千亿设备连接和多样化的业务需求，5G网络建设面临诸多新挑战。在5G网络中，由于5G的高频段和大容量特征，基站覆盖范围大大减小，需要布设的基站数量，特别是室内基站大大增加。因此尽管5G网络可以提供高达1000倍于现网的速率，但也意味着高达1000倍的能耗。5G网络亟需低功耗的小型化基站。同时，海量基站在大规模布设，供电问题在网络建设中将变得更加突出，传统基站就地取电的方式将面临诸多挑战，亟需微型基站能够摆脱就地取电，实现“无源化”。面对数据流量的千倍增长、千亿设备连接和多样化的业务需求，5G网络建设面临诸多新挑战。光子信号处理方法具有低能耗、大带宽、抗电磁干扰等优势，在5G系统的超宽带信号滤波等关键技术方面具有重要作用。因此，利用光纤传能可以克服电缆供电损耗大、成本高、灵活性差等问题。通过本项目的研究，可为未来5G网络建设中的关键问题提供解决方案。因此，在实现5G网络建设的远端“无源化”时，如何实现信号和能量同时传输，与此同时保证较高的功率传输效率以及光电转化效率成为当务之急。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤，能够在保证传统光纤标准的功率传输效率基础上，实现光信号和光能量同时传输。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一方面，本专利技术提供一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤，光纤的纤芯为实芯，包层由周期性排列的气孔围绕而成，气孔与完美匹配层相嵌。进一步地，所述纤芯直径尺寸为1/2包层直径尺寸。进一步地，包层直径设置以标准光纤尺寸为基准，包层气孔直径为4-8μm，包层气孔壁厚设置低一个量级处理，完美匹配层尺寸为20μm宽。进一步地，所述微结构光纤整体由石英玻璃材料制作；所述微结构光纤包层的气孔采用空气填充，为空气孔。进一步地，所述微结构光纤的包层气孔排布为每两气孔中间隔两气孔距离。进一步地，所述微结构光纤包括实芯单层气孔包层排布微结构光纤、实芯双层气孔包层排布微结构光纤和实芯多层气孔包层排布微结构光纤。另一方面，本专利技术提供一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤的制备方法，包括如下步骤：步骤A：将设计的微结构光纤进行物理场仿真分析其损耗和模场分布；步骤B：将步骤A设计好的光纤结构，按照断面图等比例放大，选择合适的套管和毛细管，排好光纤预制棒；步骤C：将步骤B得到的光纤预制棒一端熔接内径稍大、外径相近尺寸的套管；步骤D：将步骤C得到的光纤预制棒整体放入拉丝塔进行光纤拉制；步骤E：将所拉制光纤尾端留足够长，缠盘；进一步地，其中步骤A中所述物理场分析包括模场分布平面图、电场方向、磁场方向和损耗数值；所选预制棒均由石英玻璃材料构成。再一方面，本专利技术还提供一种光信息和光能量同时传输的微结构光纤接入检测系统的熔接方法，包括如下步骤：步骤A：将微结构光纤的两端切平，使用光纤切割机，调整合适的切割参数，将切割刀数控制在11-20；步骤B：将步骤A得到的微结构光纤的两端与所用检测系统激光器相匹配的多模尾纤相熔接；步骤C：将步骤B得到的全光纤放入损耗测量系统测熔接损耗。进一步地，针对特定的熔接机，合理设置主熔通光点位置、预熔功率、预熔通光时长、重叠距离、主熔功率、主熔通光时长。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：1、所述的微结构光纤相比于现有信能共传用的多模光纤，模式色散更低，损耗更低。2、所述的微结构光纤相比于现有信能共传用的双包层光纤，损伤阈值更高，损耗更低。3、所述的微结构光纤在宽波段损耗低，对于信号光和能量光均有很高的通过率。4、相比与掺杂纤芯，本微结构光纤采用全硅材料，价格更低廉。5、微结构光纤结构新颖，单层空气孔的环芯排布，增大了纤芯包层折射率差，更好地将光限制在纤芯内传输。6、机理的新颖性。光纤实现信能共传理念，有低能耗、大带宽、抗电磁干扰等优势，克服电缆供电损耗大、成本高、灵活性差等问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术仿真软件设计的信能共传微结构光纤结构示意图；图2是本专利技术仿真软件设计的信能共传微结构光纤模式分析示意图；图3是本专利技术用于光信息和光能量共同传输的微结构光纤端面示意图；图4是熔接机熔接界面示意图；图5是熔接机熔接60/125多模光纤和120/230信能共传微结构光纤熔接情况示意图；图6是熔接机熔接105/125多模光纤和120/230信能共传微结构光纤熔接情况示意图；图7是传能系统检测平台示意图；图8是传信系统检测质量示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1所示，本专利技术提供一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其结构设计由Comsol多物理场仿真软件来完成，图1为所设计光纤端面图，光纤的纤芯为实芯，包层由周期性排列的气孔围绕而成，气孔采用空气填充，为空气孔，空气孔与完美匹配层相嵌。纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，包层空气孔直径为5μm，包层空气孔壁厚为0.5μm，完美匹配层尺寸为20μm宽(图中不予体现)。具体地，所设计信能共传微结构光纤为全硅材料，纤芯折射率如下表1所示，信能共传概念，应满足长距离传输，传输损耗低，传输功率大，信号不失真的条件。表1μm折射率n＝0.6331.4570127271E+001.4571080653E+001.0601.4496838856E+001.4497724839E+001.5501.4440263037E+001.4441323219E+001.9501.4388069964E+001.4389332097E+002.0001.4380843852E+00...

【技术保护点】
1.一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，光纤的纤芯为实芯，包层由周期性排列的气孔围绕而成，气孔与完美匹配层相嵌。/n

【技术特征摘要】
1.一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，光纤的纤芯为实芯，包层由周期性排列的气孔围绕而成，气孔与完美匹配层相嵌。


2.根据权利要求1所述的光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，所述纤芯直径尺寸为1/2包层直径尺寸。


3.根据权利要求1所述的光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，纤芯直径为62.5μm，包层直径为125μm，包层气孔直径为5μm，包层气孔壁厚为0.5μm，完美匹配层尺寸为20μm宽。


4.根据权利要求1所述的光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，所述微结构光纤整体由全硅材料制作；所述微结构光纤包层的气孔采用空气填充，为空气孔。


5.根据权利要求1所述的光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，所述微结构光纤的包层气孔排布为每两气孔中间隔两气孔距离。


6.根据权利要求1所述的光信息和光能量共同传输的微结构光纤，其特征在于，所述微结构光纤包括实芯单层气孔包层排布微结构光纤、实芯双层气孔包层排布微结构光纤和实芯多层气孔包层排布微结构光纤。


7.一种光信息和光能量共同传输的微结构光纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A：将设计的微结构光纤导入仿真软件进行物理场仿真分析其损耗和模场分布；
步骤B：将步骤A设...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯峙云，李佳隆，夏长明，刘建涛，周桂耀，陈海娇，张傲岩，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44