本技术公开一种基于反谐振结构的二氧化碳激光传输的空芯光纤,属于中红外光纤激光技术领域,包括自外到内依次设置的外包层、反谐振区域和空气纤芯区域;其外包层包覆反谐振区域和空气纤芯区域;反谐振区域由多个反谐振单元构成;反谐振单元包括一个大扇形介质管,以及设置在内的第一类、第二类和第三类圆介质管;第一类圆介质管与第二类圆介质管之间相外切并熔接,并绕纤芯呈轴对称设置;第二类圆介质管和第三类圆介质管之间相外切并熔接,且第三类圆介质管与大扇形介质管不接触。本发明的空芯光纤在二氧化碳激光波段都为工作波段,且具有低损耗、大模场面积、抗弯曲和色散近零的特性,使得二氧化碳激光能够实现高功率、高质量的长距离传输。
背景技术
空芯光纤的研究起步于上世纪30年代,由于其具有高损耗和多模特性,空芯光纤的发展和应用进展十分缓慢。随着生产技术的进一步发展,在1999年第一根空芯光子晶体光纤问世,让空芯光纤又一次进入各个研究者的眼中,且将微结构包层引入空芯光纤的设计和制造。利用该方法实现低损耗空芯光纤具有极大的可能性。2012年以来,以反谐振微结构特点的空芯光纤得到了快速的发展,该结构的空芯光纤的损耗和模式特征得到了极大的改善和提高。现阶段的空芯光纤主要以SiO2
为基底且传输波长以通信波段为主,且损耗降低到0.1dB/km,已经低于实心硅基光纤的损耗极限(约为0.14dB/km)。
与传统实芯光纤相比,空芯光纤具有光学损耗阈值高,色散小而平坦,波导非线性系数小等特点,其在大功率激光传输和超快激光传输中具有天然的优势。但是,现阶段的空芯光纤的研究一直以通信波段为主,传输窗口在深紫外(200 nm)和中红外(4μm)波长范围仅有少量的研究。针对在10.6μm波长范围内的二氧化碳激光的传输光纤仍然以特种光纤(掺硒、砷、锑或锗等稀土元素光纤)。同时,现阶段的二氧化碳激光的空芯光纤主要以Molex(莫仕)旗下Polymicro Technologies(PT)生产的中空二氧化硅波导光纤为主,其结构主要是以纤芯中空,外部依次为铝膜、银膜、二氧化硅管进行包裹。与常规的以光子带隙和反谐振微结构为主的空芯光纤有着很大的区别。Molex旗下的空芯光纤结构复杂且造价较高,且不具备反谐振结构空芯光纤或光子带隙空芯光纤拥有的超低损耗、色散平坦和抗弯曲等优势。
二氧化碳激光主要在打标、切割和雕刻等加工方面有着广泛的应用。因此,如何有效降低二氧化碳激光在传输过程的损耗对高精度的加工和切割等有着良好的保障。同时,近年来关于二氧化碳激光传输的空芯光纤是极为匮乏的。从通信波段的空芯光纤实现的超低损耗、色散平坦和抗弯曲等特性来看,将空芯光纤拓展到各个波段以实现上述良好的特性具有良好的发展前景。
实现思路