一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法，采用了多边形内孔套管和多边形毛细管来组装成光纤预制棒，再通过在拉丝过程中往多边形毛细管中进行增压控制来实现负曲率反谐振环结构的光纤，此方法通过多边形内孔套管和多边形毛细管来组装空芯光纤预制棒，可以提高毛细管的定位精度，从而减少空芯光纤反谐振单元方位角的偏移；同时由于毛细管采用的是多边形毛细管，可便于进行连接片结构或者嵌套结构毛细管组装，提高连接片结构或者嵌套结构的定位精度。嵌套结构的定位精度。嵌套结构的定位精度。

【技术实现步骤摘要】
一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法


[0001]本专利技术属于光纤通信
，涉及一种空芯微结构光纤技术，具体涉及一种空芯微结构光纤预制棒、光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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制造领域的一个重要课题。
[0004]虽然已知的反谐振空芯光纤，特别是具有嵌套结构元件的光纤，能够显著降低光纤的衰减，但是由于其内部几何形状较为复杂，且几何上的微小偏差都可能导致反谐振条件发生变化，这使得精确且可重复地生产它们变得困难。同时，更薄壁厚的反谐振层有助于实现更低的损耗以及更宽的带宽，因此如何实现更薄壁厚的反谐振层也是急需解决的问题。
[0005]参考文献CN113905991A中提出除了使用SiO2浆料来进行固定以外，还使用定位模板来对反谐振单元进行辅助固定，由于毛细管还是圆形尺寸的，在固定时毛细管还是会发生偏转，特别是对于嵌套结构，嵌套管的方位角将无法得到有效定位，从而大大影响光纤性能和制造效率。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种空芯微结构光纤预制棒，通过棱边和面贴合，使得毛细管和套管定位更精确，防止后续拉丝过程中光纤预制棒中间处的毛细管位置发生偏移，导致空芯微结构光纤衰减增大，增加光纤的传输损耗。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种空芯微结构光纤的制备方法，采用上述空芯微结构光纤预制棒进行拉丝，拉丝过程中，由于多边形棱边定位作用，虽然毛细管和套管仅仅在两端进行固定，但是中间处由于棱边辅助定位，使得定位精度高，拉丝可以将反谐振环拉得更薄，衰减更小，从而使得光纤传输损耗更小，避免了传统制造方法的局限性。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种空芯微结构光纤，采用上述制备方法制备，所制得的空芯微结构光纤具有更低的损耗。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0010]一种空芯微结构光纤预制棒，包括
[0011]套管，管状结构，其横截面外部为圆形，内部为多边形；
[0012]毛细管，固定设置于套管内壁上，所述毛细管至少具有与套管内壁相邻内壁面贴合的两个外壁面，若干毛细管围成的区域构成预制棒中心孔。
[0013]本专利技术毛细管作为反谐振元件预制件固定在套管内壁上，预制棒拉丝过程中，在毛细管内通入压缩气体，使得毛细管在内外压差以及表面张力的作用下，拉丝形成负曲率的反谐振环，所有反谐振环一起构成环形的反谐振层，反谐振层围成的区域构成空心的纤芯。
[0014]进一步地，所述套管内部为正多边形，其边数大于或等于4。
[0015]进一步地，所述套管内部正多边形的外接圆直径与套管的外径之比为0.2～0.8。
[0016]需要说明的是，理论上套管内部正多边形的外接圆直径与套管的外径之比在任何范围均可，但是考虑到实际加工过程中，该比值过小和过大都会造成拉丝困难，因此结合实际生产选取一个较优比例范围为0.2～0.8。
[0017]进一步地，所述毛细管为正多边形毛细管，并且毛细管的正多边形的边数与套管内部正多边形的边数相同，使得正多边形毛细管的两个相邻外壁面能与套管内部两个相邻内壁面刚好贴合。毛细管的数量也与边长数量一样，例如套管内孔为正方形，则毛细管也为正方形毛细管，毛细管的数量为4根；如果套管内孔为正六边形，则毛细管也为正六边形毛细管，毛细管的数量为6根。
[0018]进一步地，所述毛细管采用固定块、氢氧焰或者激光焊接的方式固定在套管内部正多边形的每个棱角上。通过在毛细管和套管两端固定的方式也可以将两者的相对位置高精度固定在一起，防止拉丝过程中毛细管位置偏移和扭转。
[0019]进一步地，所述毛细管内设有用于增加拉丝后反谐振层的内嵌件。
[0020]进一步地，所述内嵌件为石英片或者尺寸更小的毛细管，即形状相似，尺寸更小的嵌套毛细管，以便形成多层反谐振环结构。
[0021]在毛细管中插入尺寸更小正多边形毛细管，形成嵌套结构的正多边形毛细管，嵌套结构的正多边形毛细管再采用固定块、氢氧焰或者激光焊接的方式固定在套管内孔正多边形的每个棱角上，从而形成正多边形嵌套结构空芯微结构预制棒，通过增加空芯光纤的反谐振层数，来进一步降低光纤的衰减。
[0022]需要说明的是，一般来说，形成嵌套结构的正多边形毛细管固定和毛细管与套管固定采用同一个棱角，能达到最好效果。
[0023]在毛细管中插入石英片，形成连接片结构的正多边形毛细管，连接片结构的正多边形毛细管再采用固定块、氢氧焰或者激光焊接的方式固定在套管内孔的正多边形的每个棱角上，从而形成正多边形连接片结构空芯微结构预制棒，通过增加空芯光纤的反谐振层数，来进一步降低光纤的衰减。
[0024]需要说明的是，一般来说，所述石英片横截面的中垂线通过套管的轴心线，才能取得更好降低衰减的效果。
[0025]本专利技术还保护一种空芯微结构光纤的制备方法，采用上述任意一项所述的空芯微结构光纤预制棒，包括以下步骤：
[0026]将所述空芯微结构光纤预制棒在高温下拉丝，拉丝过程中在毛细管内通入气体，使得毛细管内气压高于预制棒中心孔内的气压，由于毛细管内外压差以及表面张力的作用，拉丝后毛细管形成负曲率的反谐振环，所有反谐振环一起构成环形的反谐振层，反谐振层围成的区域构成空心的纤芯，反谐振层和拉丝后的套管一起构成保护纤芯的包层，从而形成具有负曲率反谐振环的空芯微结构光纤。
[0027]进一步地，所述纤芯直径为10～50μm，包层直径为100～300μm。
[0028]需要说明的是，本专利技术纤芯直径和包层直径主要基于选定套管尺寸得到，上述尺寸是基于选定套管尺寸后拉丝能够得到的范围，该尺寸范围内，空芯微结构光纤具有较好的可加工性和较低衰减。
[0029]进一步地，通入所述毛细管内的气体为压缩空气、氮气、氦气及氩气中的任意一种或者几种。
[0030]进一步地，拉丝后形成的相邻反谐振环之间不接触。
[0031]进一步地，所述反谐振环的最小壁厚≤2μm，更优的≤1μm。。
[0032]本专利技术还保护一种空芯微结构光纤，采用上述制备方法所制备。本专利技术制备的空芯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空芯微结构光纤预制棒，其特征在于，包括套管，管状结构，其横截面外部为圆形，内部为多边形；毛细管，固定设置于套管内壁上，所述毛细管至少具有与套管内壁相邻内壁面贴合的两个外壁面，若干毛细管围成的区域构成预制棒中心孔。2.根据权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述套管内部为正多边形，其边数大于或等于4。3.根据权利要求2所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述套管内部正多边形的外接圆直径与套管的外径之比为0.2～0.8。4.根据权利要求2所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述毛细管为正多边形毛细管，并且毛细管的正多边形的边数与套管内部正多边形的边数相同，使得正多边形毛细管的两个相邻外壁面能与套管内部两个相邻内壁面刚好贴合。5.根据权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述毛细管采用固定块、氢氧焰或者激光焊接的方式固定在套管内部正多边形的每个棱角上。6.根据权利要求1所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述毛细管内设有用于增加拉丝后反谐振层的内嵌件。7.根据权利要求6所述的空芯微结构光纤预制棒，其特征在于：所述内嵌件为石英片或者尺寸更小的毛细管。8.一种空芯微结构光纤的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，王瑞春，张磊，姚钊，王鹏栓，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：