本發明專利技術公開一種環形微結構光纖，該光纖由基質材料(1)和第一介質柱（2）和第二折射率介質柱(3)組成。其中纖芯(4)位于光纖的中心，由基質材料組成。第一介質柱（2）的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的一個圓周上；第二介質柱（3）的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的另一個圓周上；第一介質柱（2）中心與光纖中心的距離為L1，第二介質柱（3）中心與光纖中心的距離為L2，且有L1>15μm和L2>L1。該光纖利用直徑較小的第一介質柱（2）對光纖基模形成束縛，利用直徑較大的第二介質柱（3）降低光纖基模的彎曲損耗，實現了單模、大模場、低彎曲損耗傳輸的目的。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉對稱光纖結構尤其涉及大模場、低彎曲損耗特性的且有效保持單模工作的微結構光纖。
技術介紹
光子晶體光纖與二氧化硅微空氣在1995年第一次被提出，由于這種光纖在超寬帶傳輸、超連續譜生成、高功率光傳輸，光放大和其他功能性器件儀器中的特殊應用，因此引起了眾多研究者的興趣。彎曲損耗通常被認為是在光傳輸方面的一個不利因素。自光子晶體光纖被提出并制作成功之后，人們開始嘗試采用光子晶體光纖結構來制作大模場光纖。由于理論上光子晶體光纖可以實現無休止單模傳輸，因此，采用光子晶體光纖結構可以實現超大模場面積的單模傳輸。目前，實驗上已經制成功的單模光子晶體光纖的模場直徑可達100 μπι。但它的彎曲性能很差。雖然理論上可以實現單模傳輸，但是實際上，現在大部分都是通過損耗衰減差，來去除高階模，即高階模損耗較大(一般在I dB/m以上)，而基模損耗較低(一般在0.1 dB/m以下)。一種有效實現LMA的單模傳輸的方法就是用通道泄露光纖，如Dong提出的用一層空氣孔包圍纖芯的LCF，但是對于空氣孔的制作工藝很難。K.1izawa等人通過在纖芯摻雜鐿和耦合的方法來獲得單模傳輸，但是這種光纖的高階模損耗小于ldB/m，不能完全消除達到單模傳輸。專利申請號為200610119574.6的“大模場雙包層單模光纖”公開了一種單模大模場光纖，纖芯半徑可達72 μ m,但未解決光纖的彎曲損耗問題，且結構比較復雜，不利于制作。`
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的是提供一種有效地濾除高階模，具有較低的彎曲損耗的大模場微結構光纖。本專利技術的技術方案為:一種環形微結構光纖，包括纖芯和包層，所述包層由基質材料、第一介質柱和第二介質柱組成；所述纖芯為基質材料組成，位于光纖的中心；所述第一介質柱的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的圓周上，所述第二介質柱的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的另一圓周上；所述第一介質柱的中心與光纖中心的距離為L1，第二介質柱中心與光纖中心的距離為L2，則LA15 4111且1^2凡1 ;所述第一介質柱的直徑Cl1和所述第二介質柱的直徑d2滿足d, d2 ;所述第一介質柱和所述第二介質柱的折射率相同,且低于基質材料的折射率。所述第一介質柱的數量N1彡12，所述第二介質柱的數量N2為Γ12。所述第一介質柱的直徑(I1滿足5 > (I1 > 2 μ m ;所述第二介質柱(3)的直徑d2滿足 1.5 L2 /N2 彡 d2 彡 0.4 L2 /N2。所述第一介質柱中心與光纖中心的距離L1與所述第二介質柱中心與光纖中心的距離L2之間滿足SL1 ο所述第一介質柱和所述第二介質柱的折射率nMd與基質材料的折射率IIcdad之差滿足:nclad-nMd=0.001 0.01。本專利技術的技術效果為:在纖芯周圍排布一層直徑較小的低折射率介質柱，形成較低的折射率層，從而有效地束縛光，使光纖基模具有較低的彎曲損耗。將低折射率介質柱排布在以纖芯為中心的周圍上，從而使光纖基模模場更具圓對稱性。同時，在此低折射率介質柱外側排布一層直徑較大、介質柱之間間隙也較大的低折射率介質柱，以降低基模的束縛損耗和彎曲損耗，同時，由于介質柱之間的間隙大，從而保證光纖高階模光能夠被有效泄露，達到單模傳輸的目的。從而實現了單模、大模場、低彎曲損耗傳輸的目的。由于包層僅采用兩層孔，結構簡單對稱，保證了包層具有較小的尺寸。附圖說明圖1為本專利技術的實施例的橫截面示意 圖2為圖1第一介質柱2的直徑變化時光纖基模與高階模的束縛損耗曲線。圖3為圖1第一介質柱2取不同圓心角時光纖基模與高階模的束縛損耗曲線。圖4為圖1所示結構中第二介質柱3取不同直徑的基模和高階模的損耗曲線。圖5為圖(I)所示結構光纖基模的彎曲損耗隨光纖彎曲半徑的變化曲線。其中:1_基質材料，2_第一介質柱2, 3_第二介質柱3,4_纖芯。具體實施例方式圖1給出了本專利技術的一種實施例的橫截面示意圖，纖芯4被兩層直徑不同的低折射率介質柱包圍。其中第一介質柱2的直徑較小，排布較密，且第一介質柱2的直徑與相鄰的第一介質柱2的間距之比較大。由光子晶體光纖理論，間距較小的介質柱組成的包層結構，其等效的折射率較低，因此，可以在直波導和彎曲時在一定程度上束縛住光纖基模。但由于只有一層介質柱，其束縛光的能力有限，而光纖的高階模能量更易向包層區擴展，因此，光纖的高階模仍然能夠保持高損耗。如果光纖僅由基質材料I和第一介質柱2組成，其基模與高階模的損耗差別很小。圖2給出第一介質柱2的直徑變化時光纖基模與高階模的束縛損耗曲線。由圖可見，兩者相差較小，光纖基模損耗較大，不適合實際應用。由光子晶體光纖理論，引入多層低折射率介質柱即可有效地束縛光。但在大模場光纖中，由于纖芯尺寸大，引入兩層低折射率柱即可使光纖的高階模損耗很小，無法實現單模傳輸的目的。例如，如圖2中例子，當取第一介質柱2的直徑為5 μ m時，若只有一層介質柱，其高階模束縛損耗為2.98 dB/m，若在其外側再增加一層直徑相同、與第一介質柱2間距相同的低折射率介質柱，則基模、高階模的束縛損耗分別降至0.51dB/m,2.13dB/m。因此，光纖仍然是非單模光纖。為此，我們在第一介質柱2外側增加一層距離纖芯較遠、直徑較大、其直徑與介質柱的間距之比較小的第二介質柱3以實現降低基模損耗，同時保持高階模的高損耗的目的。可以這樣來看第二介質柱3的作用:若無第一介質柱2，則光纖纖芯是由第二介質柱3所包圍以束縛光。由于第二介質柱3距離纖芯遠、其直徑與第二介質柱3間距之比較大，因此其類似于只有單層孔組成的光子晶體光纖，是單模傳輸的，即高階模可以從第二介質柱3的空隙中泄漏出去。因此第二介質柱3的引入，不會對光纖的高階模損耗產生較大影響。但第二介質柱3卻可以有效地降低光纖基模的束縛損耗和彎曲損耗。例如，第二介質柱3引入后，其基模束縛損耗可以降低1200倍。由于第一介質柱2與基質材料I組成的包層區域有效折射率應較低，因此，第一介質柱2的直徑應較小，同時其數量N1應較多，即第一介質柱2排布較密。而第二介質柱3是要束縛基模而泄漏高階模，因此，其直徑應較大，同時其數量N2較少。特別地，應有第二介質柱3的直徑d2滿足1.5 Ji L2 /N2 ^ d2 ^ 0.4 Ji L2 /N20即第二介質柱3的直徑與相鄰第二介質柱3的間距之比不大于0.75，從而滿足使高階模損耗保持在較高的要求。若第二介質柱3距離第一介質柱2很近，則高階模泄漏的空間變小，因此，第二介質柱3應和第一介質柱2保持一定的距離。但若過遠又會使其束縛基模作用減弱。因此，要求:第一介質柱2中心與光纖中心的距離L1，第二介質柱3中心與光纖中心的距離L2之間滿足 ML1SL2M.5Q。圖3為第二介質柱3參數不變的情況下，內層第一介質柱2的相鄰圓心角Θ從6°到15°，直徑Cl1WZym到5μπι時的高階模和基模的束縛損耗以及損耗比。由圖可見，增大第二介質柱3的直徑可以提高高階模和基模的損耗比，實現很好的單模傳輸。圖4為第二介質柱3的L2不變為60 μ m，內層孔圓心角為15°，直徑(I1SSym時，高階模和基模的束縛損耗與直徑d2的變化關系。由圖可見，在外層孔的歸一化直徑為0.7左右時，損耗比達到最大。圖5為第二介質柱3直徑本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種環形微結構光纖，包括纖芯（4）和包層，其特征在于：所述包層由基質材料(1)、第一介質柱（2）和第二介質柱(3)組成；所述纖芯(4)為基質材料組成，位于光纖的中心；所述第一介質柱（2）的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的圓周上，所述第二介質柱（3）的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的另一圓周上；所述第一介質柱（2）的中心與光纖中心的距離為L1，第二介質柱（3）中心與光纖中心的距離為L2，則L1>15?μm且L2>L1；所述第一介質柱（2）的直徑d1和所述第二介質柱(3)的直徑d2滿足d1
【技術特征摘要】
1.一種環形微結構光纖，包括纖芯(4)和包層，其特征在于:所述包層由基質材料(I)、第一介質柱(2)和第二介質柱(3)組成；所述纖芯(4)為基質材料組成,位于光纖的中心；所述第一介質柱(2)的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的圓周上，所述第二介質柱(3)的中心等間距地排布在以光纖中心為圓心的另一圓周上；所述第一介質柱(2)的中心與光纖中心的距離為L1，第二介質柱(3)中心與光纖中心的距離為L2JlJL1MS 4 111且1^2凡1 ；所述第一介質柱(2)的直徑Cl1和所述第二介質柱(3)的直徑d2滿足d, d2 ;所述第一介質柱(2)和所述第二介質柱(3)的折射率相同，且低于基質材料(I)的折射率。2.根據權利要求1所述的一種環形微結構光纖，其特征在于:所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳明陽，李裕蓉，張永康，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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