空芯光纤浏览次数:78次  最近更新:2020-06-10 10:30:25

将光纤作成空心,形成圆筒状空间,用于光传输的光纤,称作空心光纤(Hollow Fiber)。

中文全称:空芯光纤

英文全称:Hollow Fiber

简称:空芯光纤

空心光纤主要用于能量传送,可供X射线、紫外线和远红外线光能传输。空心光纤结构有两种:一是将玻璃作成圆筒状,其纤芯与包层原理与阶跃型相同。利用光在空气与玻璃之间的全反射传播。由于,光的大部分可在无损耗的空气中传播,具有一定距离的传播功能。二是使圆筒内面的反射率接近1,以减少反射损耗。为了提高反射率,有在简内设置电介质,使工作波长段损耗减少的。例如可以作到波长10.6pm损耗达几dB/m的。

空心光子晶体光纤能够通过空气而不是玻璃导光,因此在很多应用领域它比传统的光纤更有优势并将最终取代传统的光纤。

应用

光学物理学家探索的光子晶体材料应用中,光纤无疑是最具有前景的一项应用。光子晶体光纤(PCF)是一种新型光波导,具有与普通光纤截然不同的特性。这种新型光纤可以分为两个基本类型 —— 折射率波导和带隙波导。由于横向折射率分布有很大的自由度,所以折射率波导型光子晶体光纤可以设计成具有高度反常色散、非线性以及双折射等特性的光纤。但是,在这些类型光纤中,大部分光线仍然在玻璃中传播。带隙波导型与空心光纤公认是光子晶体光纤技术中最具革命性创新,在这类光子晶体光纤中,通过在光纤包层中产生光子带隙可以将光限制在中央的空心核中传播。

采用空心,而不是传统掺杂高纯度硅纤芯,其优点是光纤性能不受纤芯的材料特性限制。传统光纤的损伤阈值、衰减、非线性效应和群速度色散等参数都要受到硅材料相应参数的影响。通过合理设计,空心光纤可以实现超过99%的光在空气中而不是在玻璃中传播,从而大大降低了光纤材料特性对光学性质和光纤性能的影响。因此在很多重要领域,空心光子晶体光纤(HC-PCF)比传统光纤更有优势。

区别

与传统光纤不同,光子晶体光纤不是通过全内反射导光。相反,光子晶体光纤导引光的原理与多层镜的反射原理非常类似。多层镜是通过众多介质面的同相反射达到全反射的效果。在空心光子晶体光纤中,二维微小空气孔阵列贯穿整根光纤,它们的作用就相当于多层镜的各个介质层。要将光限制在纤芯中,纤芯周围的小孔必须排成非常均匀的有规则的格子,同时,它们必须接近以至快要接触为止。这样,包层的横截面就类似一个由硅细丝网组成蜂巢,有时候细丝小到100 nm粗。这种网格相当于理想的反射镜,把光限制在纤芯中,但是网格的反射作用会受传播常数限制。因此,空心光子晶体光纤的光谱响应范围与传统光纤差异较大,它只能在一定频率范围内导光,典型值是在中心频率20%左右的范围。尽管这样,空心光子晶体光纤中的模式分布还是与传统单模光纤非常类似.

制造

空心光子晶体光纤可以用标准的光纤拉制设备来制造。首先,将几百个薄壁毛细管堆积在一起制成半成品。然后经过套包层、拉丝、镀聚合物,得到尺寸和机械特性与标准单模光纤非常相似的光纤。空心光子晶体光纤的制造工艺发展非常迅速,甚至可以制造长度不限、光学性质一致的光纤—— 至少由熔融石英玻璃制成的空心光子晶体光纤可以达到这样的效果。

因为实际上只有极少数光在玻璃中传输,所以空心光子晶体光纤的能量传输的能力要远远优越于传统的光纤。

虽然空心光子晶体光纤的传输带宽很大程度上由包层的光子带隙决定,但是芯的尺寸和形状以及空心周围固体材料分布的微小变化都会明显地改变光纤的光学性质。因此,当前很多研究工作围绕改善光纤设计以及相关制造工艺,就一点也不会让人觉得惊讶了。

关键词:光纤光子晶体光纤(PCF)

参考信息:https://baike.baidu.com/item/%E7%A9%BA%E5%BF%83%E5%85%89%E7%BA%A4/7860156?fr=aladdin