降低塑料光纤传输损耗 来自蜘蛛网的结构变革

　　1966年美国杜邦公司推出了第一个塑料光纤，它的理论损耗极限值在可见光650nm波长处为100dB/km。因此，以PMMA为芯或以聚苯乙烯(PS)为芯的塑料光纤产品主要用于装饰、照明、传感和短距离数据传输系统。国际学术界解决塑料光纤损耗大的问题找到最有效的办法，是20世纪80年代用氘化PMMA、90年代用全氟化聚合物分别实现了损耗达20dB/km和低于20dB/km的水平。然而，因材料成本过高等原因，至今没有进入市场和大量应用。因而如何以一种新的方式有效解决塑料光纤损耗大的问题，是一个世界性老大难问题。

　　依靠实芯的全内反射机理，无法解决某些波长(如太赫兹波段)以及运用塑料来制作低损耗同时又低成本的光纤。因为实芯光纤的传输损耗一般都大于(至少等于)构成光纤芯区材料的损耗。面对这种问题，必须采用空芯光纤结构，而且空芯光纤的包层应具有很强束缚导波横向漏泄之能力。我们通过多年努力，终于在这方面取得了突破。

　　空心光纤

　　空芯光纤大体可以分成4类：包层折射率大于芯区折射率的光纤；由金属、玻璃或塑料管内表面淀积具有高反射涂层的空芯光纤；空芯光子带隙光纤；空芯布拉格光纤。属于空芯布拉格光纤的有"全方位波导"光纤网结构包层光纤。经验证环形结构空芯光纤包层虽然只用单一材料，但其低折射率层是由含许多小孔的同一材料组成，其折射率介于该材料的折射率与空气折射率(n=1)之间，构成包层的材料折射率差没有蜘蛛网结构包层的材料折射率差大，因而环形结构光纤对导波横向漏泄的束缚能力要小于我们提出的蜘蛛网结构光纤的能力。

　　我们在对所有空芯光纤，尤其是近十年发展起来的空芯光子带隙光纤和二种空芯布拉格光纤进行深入分析的基础上，搞清了它们对导波横向束缚的潜力以及优缺点，提出了一种改进的包层结构——蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤。

　　设计蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤时，与TE01模(最低损耗模)允许的归一化频率范围有关的一些重要结构参数、及其变化规律，我们用平面波展开法作了分析。这为蜘蛛网结构包层空芯布拉格光纤的设计，提供了一般规律和基本依据。