本發(fā)明涉及單模光纖，尤其涉及，光子晶體光纖型單模光纖。
背景技術(shù)：
：下面先對本發(fā)明涉及到的術(shù)語給出定義，其中普通術(shù)語符合本領(lǐng)域慣例；本說明書的專用術(shù)語通過慣用術(shù)語說明。光纖各分層的半徑以單位μm計，按折射率定義，每一特定分層具有第一折射率點和最后折射率點。從光纖軸線到第一折射率點所在位置的半徑是該分層的內(nèi)半徑；從光纖軸線到最后折射率點所在位置的半徑是該分層的外半徑。參見折射率剖面圖，纖芯中央圓形分層的半徑從光纖軸線量到該分層的外半徑；第一環(huán)形分層的寬度從第一環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第一環(huán)形分層的外半徑；第二環(huán)形分層的寬度從第二環(huán)形分層的內(nèi)半徑量到第二環(huán)形分層的外半徑。纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層和第二環(huán)形分層的相對折射率差Δ0、Δ1和Δ2以單位％計，分別定義為Δ0＝(n02-nc12)/2n02；Δ1＝(n12-nc12)/2n02；Δ2＝(n22-nc12)/2n02；其中，n0和n2分別表示纖芯中央圓形分層和第二環(huán)形分層的最大折射率；n1表示第一環(huán)形分層的最小折射率；nc1表示外包層的均勻折射率。本說明書使用如下結(jié)構(gòu)變量：H1＝r1-a；H2＝r2-r1；p1＝Δ1/Δ0；p2＝Δ2/Δ0；n1小于nc1的光纖稱為凹陷包層光纖，其中相對凹陷深度定義為Δ1和Δ0之比。折射率剖面定義為相對折射率差或折射率與半徑之間的關(guān)系。纖芯中央圓形分層α折射率剖面定義為Δco(r)＝Δ0[1-(r/a)α]，0≤r≤a，其中，r是所處位置半徑；a是所述纖芯中央圓形分層的半徑；α取任意值，α大于10可以看作階躍型折射率剖面。α折射率剖面包括與其光傳輸性能相似的其他折射率剖面。色度色散系數(shù)以單位ps/(nm·km)計，本說明書簡稱為色散。色度色散斜率系數(shù)以單位ps/(nm2·km)計，本說明書簡稱為色散斜率。有效面積以單位μm2計，定義為Aeff＝2π(∫E2(r)rdr)2/(∫E4(r)rdr)，其中，積分限為0至∞；E(r)是光傳播所伴隨的電場，r是所處位置半徑。宏彎損耗利用下述公式計算：αmacro=10ln10(πV816aRbW3)exp(-4R6ΔW33aV2)[∫0∞(1-g)F0rdr]2∫0∞F02r2rdr]]>g=n(r)2-nmin2nmax2-nmin2,V=kanmax2-nmin2]]>W=aβ2-(knmin)2,Δ=nmax2-nmin22nmax2]]>五十年前高錕發(fā)明的光纖和二十年前如火如荼興起的光子晶體光纖標(biāo)志著兩大飛躍。光子晶體光纖非線性應(yīng)用可能孕育科學(xué)突破的預(yù)言已被2014年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎與化學(xué)獎所證實；然而首先問世的無限單模光子晶體光纖迄今一直未能在長途通信光纖中獲得商業(yè)應(yīng)用。目前光子晶體光纖研究正在從基礎(chǔ)科學(xué)應(yīng)用向工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)變。本專利所涉及的光子晶體光纖型光纖可以改進無限單模光子晶體光纖，在長途通信光纖中獲得商業(yè)應(yīng)用。它是一種尺寸可以和波長比擬的光纖，具有某些類似光子晶體光纖的性能，可以利用光子晶體光纖設(shè)計制造方法的基本原理實現(xiàn)批量生產(chǎn)。光子晶體光纖現(xiàn)在只能少量手工制造，需要反復(fù)制造和測試；發(fā)明人從中提煉出如下新穎的精髓。當(dāng)光纖性能飛躍時，設(shè)計和制造方法必須集成一體，由三個環(huán)節(jié)組成：首先制造一組性能稍有不同的光纖；第二必須考慮生產(chǎn)過程中光纖性能自然的變化；第三選擇一個最接近目標(biāo)的光纖。發(fā)明人經(jīng)過多年的理論研究，提出了靶向設(shè)計方法。它不僅可以使設(shè)計和制造方法集成一體，而且無需反復(fù)制造和測試，使得批量生產(chǎn)可以代替手工操作和少量制作。首先，靶向設(shè)計方法是一種設(shè)計光纖的系統(tǒng)工程方法。系統(tǒng)中三包層單模光纖在給定的相對凹陷深度p1下初始色散斜率S0經(jīng)過優(yōu)化；光纖可以通過改變p1成為p1＝-1.413的光纖。第二，在靶向設(shè)計方法中p1變化范圍大，例如從-0.367變化到-1.413，可以預(yù)先設(shè)定生產(chǎn)流程中光纖性能較大的生產(chǎn)誤差。第三，最接近目標(biāo)的光纖可以由包含p1＝-1.413的性能參數(shù)的光纖得到。批量生產(chǎn)的控制變量可以減少到3個，分別是所述纖芯中央圓形分層、所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的容許公差Δ0a、Δ1H1和Δ2H2。對照國際標(biāo)準(zhǔn)和光纖制造工藝，本專利給出批量生產(chǎn)可以接受的控制變量的容許公差。技術(shù)實現(xiàn)要素：所發(fā)明光子晶體光纖型單模光纖的最終產(chǎn)品，高次模截止波長小于1460nm；在波長1460nm下最小色散大于2.0ps/(nm·km)；在波長1550nm下有效面積大于55.0μm2。一種光子晶體光纖型單模光纖的最終產(chǎn)品，在波長1550nm下有效面積不小于60.0μm2；模場直徑不大于8.60μm；在彎曲半徑5mm時宏彎損耗小于0.002dB/100圈；在波長1700nm下最大色散不大于6.7ps/(nm·km)。其設(shè)計和制造方法如下：設(shè)計取光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)α≥10；Δ0＝0.30到0.46％；Δ1＝-0.367到-0.42Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.01到3.69μm；H1＝1.44到1.77a；H2＝0.22到0.28a。在批量生產(chǎn)中可以接受的Δ0a、Δ1H1和Δ2H2的正公差分別不小于+17％、+49％和+64％。最后得到光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)α≥10；Δ0＝0.30到0.46％；Δ1＝-1.30到-1.413Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.55到4.35μm；H1＝0.50到0.63a；H2＝0.31到0.39a所對應(yīng)的光纖性能。一種光子晶體光纖型單模光纖的最終產(chǎn)品，在波長1550nm下有效面積不小于70.0μm2；模場直徑不大于9.30μm；在彎曲半徑5mm時宏彎損耗小于0.04dB/100圈；在波長1700nm下最大色散不大于8.7ps/(nm·km)。其設(shè)計和制造方法如下：設(shè)計取光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)α≥10；Δ0＝0.26到0.40％；Δ1＝-0.367到-0.42Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.13到3.84μm；H1＝1.54到1.89a；H2＝0.24到0.30a。在批量生產(chǎn)中可以接受的Δ0a、Δ1H1和Δ2H2正公差分別不小于+17％、+52％和+64％。最后得到光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)α≥10；Δ0＝0.26到0.40％；Δ1＝-1.30到-1.413Δ0；Δ2≤Δ0；a＝3.73到4.57μm；H1＝0.50到0.67a；H2＝0.31到0.36a所對應(yīng)的光纖性能。附圖說明參照以下附圖，熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員，從本發(fā)明的詳細描述中，將顯而易見本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點。圖1是所發(fā)明光纖的理想折射率剖面的一種情況。未畫出由于工藝原因在光纖軸線附近出現(xiàn)的不大的中心凹陷，未畫出實際折射率剖面與所述理想折射率剖面不大的差異。圖2是所發(fā)明光纖的理想折射率剖面的一種情況。纖芯中央圓形分層采用純SiO2材料，可以避免在光纖軸線附近出現(xiàn)中心凹陷。未畫出實際折射率剖面與所述理想折射率剖面不大的差異。所述α折射率剖面，當(dāng)α大于10可以看作階躍型折射率剖面，上述兩種折射率剖面之間的過度是連續(xù)的。具體實施方式在圖1中，1、2、3和4分別表示所述光纖的纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層和外包層，5、6和7分別表示所述纖芯中央圓形分層半徑a、 所述第一環(huán)形分層寬度H1和所述第二環(huán)形分層寬度H2。n0是所述纖芯中央圓形分層α折射率剖面的最高折射率，n1和n2分別表示所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的均勻折射率，nc1表示所述外包層的均勻折射率。在圖2中，1、2、3和4分別表示所述光纖的纖芯中央圓形分層、第一環(huán)形分層、第二環(huán)形分層和外包層，5、6和7分別表示所述纖芯中央圓形分層半徑a、所述第一環(huán)形分層寬度H1和所述第二環(huán)形分層寬度H2，n0、n1和n2分別表示所述纖芯中央圓形分層、所述第一環(huán)形分層和所述第二環(huán)形分層的均勻折射率，nc1表示所述外包層的均勻折射率。表1給出了按圖1所述實施方式實現(xiàn)所述光子晶體光纖型單模光纖的一組示例的初始設(shè)計和最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)范圍。表1結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)α≥5纖芯中央圓形分層相對折射率差Δ0＝0.25到0.50％纖芯中央圓形分層半徑a＝2.80到5.57μm第一環(huán)形分層相對折射率差Δ1＝-0.367到-1.413Δ0第一環(huán)形分層寬度H1＝0.45到1.95a第二環(huán)形分層相對折射率差Δ2≤Δ0第二環(huán)形分層寬度H2＝0.21到0.40a所述光子晶體光纖型單模光纖最終產(chǎn)品，高次模截止波長小于1460nm；在波長1460nm下最小色散大于2.0ps/(nm·km)；在波長1550nm下有效面積大于55.0μm2。一種所述光子晶體光纖型單模光纖最終產(chǎn)品，在波長1550nm下有效面積不小60.0μm2；模場直徑不大于8.60μm；在彎曲半徑5mm時宏彎損耗小0.002dB/100圈；在波長1700nm下最大色散不大于6.7ps/(nm·km)。表2給出了按圖2所述實施方式實現(xiàn)上述光子晶體光纖型單模光纖的一組示例的初始設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。表2結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)α≥10纖芯中央圓形分層相對折射率差Δ0＝0.30到0.46％纖芯中央圓形分層半徑a＝3.01到3.69μm第一環(huán)形分層相對折射率差Δ1＝-0.367到-0.42Δ0第一環(huán)形分層寬度H1＝1.44到1.77a第二環(huán)形分層相對折射率差Δ2≤Δ0第二環(huán)形分層寬度H2＝0.22到0.28a考慮到批量生產(chǎn)可接受的Δ0a、Δ1H1和Δ2H2的正公差分別不小于+17％、+49％和+64％，表3給出了按圖2所述實施方式實現(xiàn)上述光子晶體光纖型單模光纖最終產(chǎn)品的一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)。表3結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)α≥10纖芯中央圓形分層相對折射率差Δ0＝0.30到0.46％纖芯中央圓形分層半徑a＝3.55到4.35μm第一環(huán)形分層相對折射率差Δ1＝-1.30到-1.413Δ0第一環(huán)形分層寬度H1＝0.50到0.63a第二環(huán)形分層相對折射率差Δ2≤Δ0第二環(huán)形分層寬度H2＝0.31到0.39a一種所述光子晶體光纖型單模光纖最終產(chǎn)品，在波長1550nm下有效面積不小于70.0μm2；模場直徑不大于9.30μm；在彎曲半徑5mm時宏彎損耗小于0.04dB/100圈；在波長1700nm下最大色散不大于8.7ps/(nm·km)。表4給出了按圖2所述實施方式實現(xiàn)上述光子晶體光纖型單模光纖的一組示例的初始設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù)。表4結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)α≥10纖芯中央圓形分層相對折射率差Δ0＝0.27到0.40％纖芯中央圓形分層半徑a＝3.13到3.84μm第一環(huán)形分層相對折射率差Δ1＝-0.367到-0.42Δ0第一環(huán)形分層寬度H1＝1.54到1.89a第二環(huán)形分層相對折射率差Δ2≤Δ0第二環(huán)形分層寬度H2＝0.24到0.30a考慮到批量生產(chǎn)可接受的Δ0a，Δ1H1和Δ2H2的正公差分別不小于+17％、+52％和+64％，表5給出了按圖2所述實施方式實現(xiàn)上述光子晶體光纖型單模光纖最終產(chǎn)品的一組示例結(jié)構(gòu)參數(shù)。表5結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)纖芯中央圓形分層折射率剖面參數(shù)α≥10纖芯中央圓形分層相對折射率差Δ0＝0.26到0.40％纖芯中央圓形分層半徑a＝3.73到4.57μm第一環(huán)形分層相對折射率差Δ1＝-1.30到-1.413Δ0第一環(huán)形分層寬度H1＝0.50到0.67a第二環(huán)形分層相對折射率差Δ2≤Δ0第二環(huán)形分層寬度H2＝0.31到0.36a表1到表5所列數(shù)據(jù)對應(yīng)于下述條件：所述纖芯中央圓形分層的折射率剖面基本上是α折射率剖面，無中心凹陷，包括與該剖面相近的光傳輸性能相似的其他折射率剖面。所述第一環(huán)形分層、所述第二環(huán)形分層以及所述外包層基底材料基本上是均勻的，包括光學(xué)傳輸性能相似的接近于均勻的其他折射率剖面。當(dāng)實際情況與所述條件稍有差異時，對應(yīng)數(shù)據(jù)與表列稍有不同。所發(fā)明的光子晶體光纖型單模光纖具有如下特征和優(yōu)點：色散特性堪比無限單模光子晶體光纖，性能的飛躍伴隨設(shè)著設(shè)計和制造方法的飛躍，靶向設(shè)計方法不僅可以使設(shè)計和制造方法集成一體，而且無需反復(fù)制造和測試，能夠批量生產(chǎn)，有望改進無限單模光子晶體光纖，在長途極寬頻帶通信光纖方面獲得應(yīng)用。前面提供了對較佳實施例的描述，以使本領(lǐng)域內(nèi)的任何技術(shù)人員可使用或利用本發(fā)明。對這些實施例進行各種修改，對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是顯而易見的，可把這里所述的總的原理應(yīng)用到其他實施實例不需要創(chuàng)造性。因而，本發(fā)明將不限于這里所示的實施例，而應(yīng)依據(jù)符合這里所揭示的原理和新特征的最寬范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3