帶有空氣盾的光纖結構的製作方法

2023-05-22 13:50:01

本發明涉及光纖技術領域，尤其涉及一種帶有空氣盾的光纖結構。

背景技術：

利用光纖構成小型化器件時，降低光纖的彎曲損耗是波導設計的重要問題。圖1為現有技術中一種階躍形光纖沿半徑方向的折射率分布示意圖，現有的階躍型光纖主體結構由兩部分組成：折射率較高的纖芯1，以及與纖芯同心且包裹在纖芯外的、折射率較低的包層2。控制光纖彎曲損耗的經典方法是在光纖纖芯和包層之間添加折射率低於包層的阻擋層，在光纖發生彎曲時，阻擋層能夠把能量更好地限制在纖芯中。阻擋層的折射率越低，降低彎曲損耗的效果越明顯。

在已知用於光纖製作的天然材料中，空氣/真空具有最低的折射率，低於光纖製作可用的任何天然固體材料。但以空氣製作環形阻擋層實際上意味著纖芯與包層在物理結構上的分離，不具備實踐的可操作性。因此目前使用的方法有兩種：一種方法是在纖芯與包層之間的石英層中摻氟，以降低該區域的折射率，圖2為現有技術中一種使用摻氟阻擋層的抗彎損方案光纖沿半徑方向的折射率分布示意圖。該方法的缺點為通過這種方式構造的低折射率阻擋層的折射率下陷程度受到摻雜工藝的限制，阻擋層與包層的折射率差一般在0.5％-5％之間，無法提供更大的折射率差。

另一種方法是利用纖芯周圍的空氣孔提供等效的低折射率環。該結構利用空氣孔之間的石英間隔作為支撐，使結構在物理上具備合理性，圖3為現有技術中一種使用空氣孔阻擋層的抗彎損方案光纖橫截面示意圖。該方法的缺點為石英間隔同時也提供了能量從纖芯向外洩露的通道，在彎曲半徑較小時效果並不理想。

技術實現要素：

本發明的實施例提供了一種帶有空氣盾的光纖結構，以提高光纖結構的抗彎損特性。

為了實現上述目的，本發明採取了如下技術方案。

一種帶有空氣盾的光纖結構，包括：

縱向均勻的圓柱形結構，所述圓柱形結構的橫截面從內而外依次為空氣盾和包層，所述空氣盾為不封閉的空環，所述空氣盾與所述包層同心。

進一步地，所述光纖結構還包括：纖芯，所述纖芯位於所述圓柱形結構的橫截面的最內側，所述空氣盾環繞所述纖芯，所述纖芯與所述空氣盾同心。

進一步地，所述空氣盾的張角範圍為0<α<180°。

進一步地，所述芯區與所述包層使用同種材料。

進一步地，所述芯區與所述包層的材料為純石英。

進一步地，所述包層的外徑為125μm，所述空氣盾的內徑為23μm、外徑為28μm，所述張角α＝170°。

進一步地，所述光纖結構用於彎曲或盤繞器件。

進一步地，所述纖芯的材料為摻鍺石英，所述包層的材料為純石英。

進一步地，所述纖芯的直徑為8μm，所述包層的外徑為125μm，所述空氣盾的內徑為15μm、外徑為20μm，所述張角α＝160°。

進一步地，所述纖芯的直徑為8μm，所述包層的外徑為125μm、所述空氣盾的內徑為8μm、所述外徑15μm，所述張角α＝50°。

由上述本發明的實施例提供的技術方案可以看出，本發明能夠提供優越的抗彎損特性能夠在彎曲條件下提供良好的雙折射特性，能夠令基模的兩個偏振分量良好走離。該結構配合芯區設計還能在彎曲條件下提供優越的大模場面積特性。因此，該結構光纖能夠使現有光纖器件的體積大幅縮減，使盤繞型器件的盤繞半徑進一步下降，同時提供大模場面積、雙折射、選模等優良特性。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中一種階躍形光纖沿半徑方向的折射率分布示意圖。

圖2為現有技術中一種使用摻氟阻擋層的抗彎損方案光纖沿半徑方向的折射率分布示意圖。

圖3為現有技術中一種使用空氣孔阻擋層的抗彎損方案光纖橫截面示意圖。

圖4為本發明實施例提供的一種帶有空氣盾的光纖結構的橫截面示意圖。

圖5為本發明實施例提供的另一種帶有空氣盾的光纖結構的橫截面示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

本技術領域技術人員可以理解，除非特意聲明，這裡使用的單數形式「一」、「一個」、「所述」和「該」也可包括複數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭「包括」是指存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是並不排除存在或添加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被「連接」或「耦接」到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這裡使用的「連接」或「耦接」可以包括無線連接或耦接。這裡使用的措辭「和/或」包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。

為便於對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以幾個具體實施例為例做進一步的解釋說明，且各個實施例並不構成對本發明實施例的限定。

實施例一

本發明實施例提供了一種帶有空氣盾的光纖結構，該光纖結構在物理上具備可行性，製備上易操作，該光纖結構在光纖彎曲方向上阻擋層折射率與空氣相當，因此具備優越的抗彎損特性。

本發明實施例提供的帶有空氣盾的光纖結構從內而外依次包括纖芯、空氣盾和包層三部分。空氣盾指環繞芯區的不封閉空環，在一般製作、儲備和使用條件下，該空環被空氣填充。

本發明實施例提供的帶有空氣盾的光纖結構的使用方式為：以帶有空氣盾的一側為內側，在彎曲條件下使用。

上述帶有空氣盾的光纖結構的關鍵在於環繞芯區的不封閉空環，即空氣盾。當光纖朝向空氣盾一側發生彎曲時，光纖能夠提供優越的抗彎損特性、雙折射特性、選模特性，並可在彎曲後仍提供大模場特性。

本發明所述光纖可以通過在傳統光纖基礎上添加空氣盾實現，此類光纖能夠在不發生彎曲時正常使用，在向空氣盾側彎曲時提供抗彎損特性；亦可在上述結構基礎上去掉傳統纖芯，僅在向空氣盾側彎曲時使用。

實施例二

該實施例提供的一種帶有空氣盾的光纖結構的橫截面示意圖如圖4所示。該光纖是縱向均勻的圓柱形結構，橫截面從內而外依次為纖芯1、包層2、處於包層中但靠近纖芯的空氣盾6。空氣盾所處圓環與纖芯、包層同心。空氣盾與封閉圓環相比缺失的角度α為空氣盾張角。空氣盾張角範圍為：0<α<180°，更易於操作及獲取所需特性的範圍為：20°<α<175°。

本實施例的一個較優實例為：纖芯1材料採用摻鍺石英，包層2材料採用純石英。

進一步的，上述較優實例可以選擇各部分結構參數分別為：纖芯1直徑8μm；包層2外徑125μm；空氣盾6內徑15μm，外徑20μm，張角α＝160°。

進一步的，上述較優實例可以選擇各部分結構參數分別為：纖芯1直徑8μm；包層2外徑125μm；空氣盾6內徑8μm，外徑15μm，張角α＝50°。

實施例三

該實施例提供的一種帶有空氣盾的新型光纖橫截面示意圖如圖5所示。該光纖是縱向均勻的圓柱形結構，橫截面從內而外依次為芯區7、環繞芯區的空氣盾6、包層2。該實施例光纖橫截面沒有折射率高於包層的纖芯，整體採用同種材料，在光纖向空氣盾側彎曲的條件下，被空氣盾6環繞的部分7成為實質上的纖芯。空氣盾6所在圓環與包層同心。空氣盾張角範圍為：0<α<180°，更易於操作及獲取所需特性的範圍為：20°<α<175°。該光纖僅適用於保持彎曲的狀態。

本實施例的一個較優實例為：芯區1及包層2材料採用純石英。

進一步的，上述較優實例可以選擇各部分結構參數分別為：包層2外徑125μm；空氣盾6內徑23μm，外徑28μm，張角α＝170°。

本領域技術人員應能理解上述芯區、空氣盾、包層的參數類型僅為舉例，其他現有的或今後可能出現的芯區、空氣盾、包層的應用類型如可適用於本發明實施例，也應包含在本發明保護範圍以內，並在此以引用方式包含於此。

綜上所述，本發明能夠提供優越的抗彎損特性，同時還具備良好的彎曲選模特性，彎曲半徑很小時基模傳輸損耗與普通光纖類似，高階模傳輸損耗可高於基模兩個數量級以上，在傳輸過程中即可通過損耗濾除高階模。同時，該光纖結構能夠在彎曲條件下提供良好的雙折射特性，能夠令基模的兩個偏振分量良好走離。該結構配合芯區設計還能在彎曲條件下提供優越的大模場面積特性。因此，該結構光纖能夠使現有光纖器件的體積大幅縮減，使盤繞型器件的盤繞半徑進一步下降，同時提供大模場面積、雙折射、選模等優良特性。

本領域普通技術人員可以理解：附圖只是一個實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程並不一定是實施本發明所必須的。

本領域普通技術人員可以理解：實施例中的裝置中的部件可以按照實施例描述分布於實施例的裝置中，也可以進行相應變化位於不同於本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的部件可以合併為一個部件，也可以進一步拆分成多個子部件。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。