本發(fā)明涉及空芯光纖，具體涉及一種高單模性低損耗空芯反諧振光纖，屬于光通信和傳輸。

背景技術(shù)：

1、空芯反諧振光纖具有獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能將傳輸光波約束在空氣纖芯中，在光與填充物質(zhì)相互作用、非線(xiàn)性光學(xué)、氣體檢測(cè)、氣體激光產(chǎn)生、光流體技術(shù)等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用；因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光機(jī)理，能夠獲得超低的瑞利散射、低非線(xiàn)性系數(shù)、色散可調(diào)特性，可以提供更高的激光損傷閾值，使其在高功率激光傳輸、紫外/中紅外光傳輸、脈沖壓縮和光孤子傳輸?shù)确矫嬗袧撛诘膽?yīng)用；空氣芯的超低損耗、低色散、低非線(xiàn)性、接近光速的傳播速度，可實(shí)現(xiàn)空芯光纖通信傳輸及通信器件的開(kāi)發(fā)，為下一代超大容量、低延遲、高速光通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2、即使空芯光纖在設(shè)計(jì)和應(yīng)用方面具有獨(dú)特和巨大的優(yōu)勢(shì)，而由于其天然的不具備高階模截止條件，空芯光纖的高階模無(wú)法像實(shí)芯單模光纖那樣被有效地濾除。這將極大地限制其在短距離傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景。近年來(lái)的研究工作表明，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以一定程度上提升高階模模式的泄漏損耗，從而在經(jīng)過(guò)一定距離后產(chǎn)生近似單模的效果。

3、當(dāng)前常用的高階模式濾除方法是選擇一個(gè)高衰減的包層模式，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使其與纖芯中的lp11模式高度相位匹配，從而有效提升lp11模式的泄漏損耗。此設(shè)計(jì)方法中的關(guān)鍵因素在于：包層模式的原生衰減和其與lp11模式的相位匹配程度。一般情況下，包層模式的衰減越高、與lp11模式的相位匹配程度越高，對(duì)lp11模式的泄漏提升越大，單模性越好。

4、美國(guó)專(zhuān)利us11733451b2公布了一種單圈式(single-ring)空芯反諧振光纖。該專(zhuān)利提出利用高損耗的反諧振單元(are)模式與纖芯lp11模式高度相位匹配。該結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，拉制難度較低，并且可以實(shí)現(xiàn)超高的高階模抑制比。將包層管與纖芯尺寸比例在0.68左右時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)寬帶的高度單模效果，lp11模式衰減可達(dá)102db/m量級(jí)。然而，此結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)超低衰減的傳輸，目前在近紅外波段的最低衰減為4.3db/km(1080nm)，在通信波段衰減則更高，且抗彎曲性能差，因此在近紅外波段的許多應(yīng)用中并無(wú)太大優(yōu)勢(shì)。

5、中國(guó)專(zhuān)利cn110515152b公開(kāi)了一種單嵌套管無(wú)節(jié)點(diǎn)構(gòu)的空芯反諧振光纖(nestedanti-resonant?nodeless?fiber,nanf)和一種雙嵌套管無(wú)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)空芯反諧振光纖(double?nested?anti-resonant?nodeless?fiber,dnanf)。這兩種結(jié)構(gòu)通過(guò)增加反諧振層數(shù)的方式，有效降低了基模的傳輸損耗。對(duì)于nanf光纖，其最低衰減已經(jīng)達(dá)到0.22db/km，而dnanf更是突破了傳統(tǒng)實(shí)芯光纖的最低衰減記錄，達(dá)到了0.11db/km。然而以上兩種光纖在實(shí)現(xiàn)超低衰減的同時(shí)，也使lp11模式的損耗處于相當(dāng)?shù)偷乃?。nanf結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)lp11模式最佳諧振泄漏設(shè)計(jì)時(shí)，理論lp11衰減約為102～103db/km量級(jí)，在實(shí)際制作和放置條件下，當(dāng)前最高可達(dá)2.6db/m。其包層模式的原生衰減已經(jīng)隨著結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加而大大降低，因而lp11模式衰減無(wú)法達(dá)到足夠高的水平。這種情況在dnanf結(jié)構(gòu)中則更為嚴(yán)峻一些：一是dnanf結(jié)構(gòu)中包層模式的衰減又被進(jìn)一步降低；二是dnanf結(jié)構(gòu)包層區(qū)域已經(jīng)沒(méi)有足夠的空間來(lái)使lp11模式與包層模式達(dá)到足夠的相位匹配，lp11模式理論衰減已經(jīng)低于102db/km，這意味著dnanf光纖無(wú)法有效地濾除高階模式，嚴(yán)重影響信號(hào)傳輸質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種高單模性低損耗空芯反諧振光纖，通過(guò)包層結(jié)構(gòu)變化，提高高階模式損耗，實(shí)現(xiàn)高純度單模傳輸。

2、本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：包括有外包層和內(nèi)包層，所述的內(nèi)包層由嵌套結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成，所述的嵌套結(jié)構(gòu)單元沿外包層內(nèi)壁的周向布設(shè)，并與外包層內(nèi)壁相接，所述內(nèi)包層包覆的中心空腔形成纖芯，其特征在于所述嵌套結(jié)構(gòu)單元包括有2層不同半徑的嵌套玻璃管，包括外嵌套玻璃管和內(nèi)嵌套玻璃管，至少存在有一個(gè)內(nèi)嵌套玻璃管相對(duì)其所在的外嵌套玻璃管向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)夾角為5～55°。

3、按上述方案，所述內(nèi)嵌套玻璃管相對(duì)外嵌套玻璃管向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，即所述的內(nèi)嵌套玻璃管曲率中心和外嵌套玻璃管的曲率中心的連線(xiàn)l2，與外嵌套玻璃管的曲率中心和纖芯幾何中心連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)l1形成有一個(gè)偏轉(zhuǎn)夾角。

4、按上述方案，所述的內(nèi)包層包括有4～6個(gè)嵌套結(jié)構(gòu)單元。

5、按上述方案，所述的嵌套結(jié)構(gòu)單元沿外包層內(nèi)壁的周向間隔均布。

6、按上述方案，所述的外包層及內(nèi)壁均為圓形。

7、按上述方案，所述的嵌套玻璃管包括有不同半徑的圓形嵌套玻璃管，各圓形嵌套玻璃管相切，外嵌套玻璃管與外包層內(nèi)腔壁相切。

8、按上述方案，所述的嵌套玻璃管包括有不同半徑的圓弧嵌套玻璃管和圓形嵌套玻璃管，其中各圓弧嵌套玻璃管與外包層內(nèi)壁相交，或各圓形嵌套玻璃管與外包層內(nèi)壁相切。

9、按上述方案，所述的嵌套玻璃管包括有不同半徑的圓弧嵌套玻璃管，各圓弧嵌套玻璃管與外包層內(nèi)壁相交。

10、按上述方案，所述的多個(gè)或所有內(nèi)嵌套玻璃管相對(duì)外嵌套玻璃管向同一側(cè)偏轉(zhuǎn)，且偏轉(zhuǎn)夾角相同或基本相同。

11、按上述方案，所述的內(nèi)嵌套玻璃管相對(duì)外嵌套玻璃管部分向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，部分向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)。

12、按上述方案，所述的外嵌套玻璃管為圓弧嵌套玻璃管，所述的內(nèi)嵌套管為圓形嵌套玻璃管或圓弧嵌套玻璃管。

13、按上述方案，所述的偏轉(zhuǎn)夾角為15～45°；進(jìn)一步的，所述的偏轉(zhuǎn)夾角為25～40°；進(jìn)一步的，所述的偏轉(zhuǎn)夾角為30～40°。

14、按上述方案，所述的外包層和嵌套結(jié)構(gòu)單元的基底材料均為純石英玻璃。

15、按上述方案，所述的內(nèi)、外嵌套玻璃管的壁厚為0.3至1.5μm。

16、按上述方案，所述的外嵌套玻璃管與內(nèi)嵌套玻璃管外徑之比為1:0.35～0.6。

17、按上述方案，所述纖芯區(qū)域及其它外包層內(nèi)空腔區(qū)域由氣體填充。

18、按上述方案，所述氣體為氬氣、氮?dú)?、氦氣、空氣或多種氣體的混合。

19、按上述方案，所述光纖的基模損耗為0.4～2db/km；進(jìn)一步的，所述衰減數(shù)值低于0.5db/km。

20、按上述方案，所述光纖的高階模損耗為4～10db/km；進(jìn)一步的，所述衰減數(shù)值高于6db/m。

21、本發(fā)明的有益效果在于：1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)中，內(nèi)包層包含有多層反諧振石英壁和空氣層，所傳輸?shù)幕１挥行拗圃诶w芯中，限制損耗降低；本發(fā)明通過(guò)包層結(jié)構(gòu)變化，兼具合理的、可制備的嵌套結(jié)構(gòu)單元形狀、優(yōu)化的嵌套尺寸組合和內(nèi)嵌套玻璃管的偏轉(zhuǎn)，顯著提高了lp11模式的泄漏損耗，且對(duì)基模性能影響較小，最終有效提升了光纖的單模性能。本發(fā)明的關(guān)鍵在于，在優(yōu)化外嵌套玻璃管與內(nèi)嵌套玻璃管外徑之比至最佳時(shí)，讓內(nèi)嵌套玻璃管在外嵌套玻璃管中向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)可以提高lp11模式的泄漏效率，從而獲得更高的單模性能。2、本發(fā)明設(shè)計(jì)纖芯高階模式與內(nèi)空氣區(qū)域的模式的相位匹配，并設(shè)計(jì)增大包層模式損耗，使高階模更高效地泄露、進(jìn)一步提升高階模式衰減，具有優(yōu)異的單模傳輸性能；3、本發(fā)明的單模性能不具有波長(zhǎng)選擇性，在工作波長(zhǎng)內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)高度單模傳輸。本發(fā)明提供了一種兼顧衰減和單模特性的空芯光纖，為高速通信、高功率傳輸、氣體激光器、氣體檢測(cè)等領(lǐng)域提供性能優(yōu)良的傳輸介質(zhì)。