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空芯光子晶体光纤(Hollow-core Photonic Crystal Fiber,HC-PCF)因其利用纤芯的空气导光而具有低损耗、低色散、低非线性和高损伤阈值等优点。其中,带隙型空芯光子晶体光纤(Hollow-core Photonic Bandgap Fiber,HC-PBGF)目前可以实现空芯光纤中最低损耗光传输,在光纤传感和光纤通信等领域受到了广泛应用。近年来,国际上兴起的空芯反谐振光纤(Hollow-core Anti-resonant Fiber,HC-ARF)因具有结构简单、设计自由和导光机制新颖等优势成为光纤光学领域的研究热点。相比于带隙型空芯光子晶体光纤,HC-ARF具有传输损耗低、带宽宽和单模导光等优良特性,在传感、非线性光学、高功率激光和紫外/红外光传输等领域具有很大的应用潜力。随着光子晶体光纤的逐渐实用化,实现光子晶体光纤和普通单模光纤的低损耗熔接是亟待解决的重要问题。对两类空芯光子晶体光纤的熔接问题进行了理论分析、数值模拟和实验研究。主要研究内容如下:1.影响光纤熔接损耗的因素有很多,其中模场失配是主要因素。实验中经常采用的模场匹配技术有借助过渡光纤、热扩芯技术、拉锥技术以及控制毛细孔塌陷增大模场等技术。有限元法作为一种数值求解方法,在许多工程以及科研领域得到广泛应用。使用商用多物理场有限元分析软件Comsol结合Matlab仿真了光纤的模场信息,并运用相关公式计算了空芯光子晶体光纤和不同实芯光纤之间的耦合损耗。2.热致扩芯技术是通过光纤拉锥机或光纤熔接机对光纤进行高温加热处理,使纤芯中的高掺杂离子向包层部分扩散,扩大纤芯有效区域,进而增大其模场。基于仿真结果,使用光纤拉锥机对单模光纤进行热扩芯处理,实现模场匹配,使用特种光纤熔接机,自行编辑熔接程序,得到空芯反谐振光纤和普通单模光纤的最低熔接损耗为1 dB。3.过渡光纤技术是在两待熔光纤之间加入一段模场匹配的光纤,实现模场匹配。当前实芯光纤之间的熔接技术已经很成熟,通过一些后处理和绝热熔接,可以实现低损耗熔接。基于仿真结果,实验中选用一段模场接近空芯反谐振光纤的实芯大模场光纤作为模场过渡,连接单模光纤和空芯反谐振光纤。最终将普通单模光纤到空芯反谐振光纤的熔接损耗从3 dB降至0.844 dB。4.带隙型光子晶体光纤研究起步较早,目前在很多方面已经实现了应用,但是熔接质量仍然影响其应用。通过引入一段高V值的光纤作为过渡,结合热扩芯技术,将带隙型空芯光子晶体光纤和普通单模光纤的熔接损耗由直接熔接的1.4 dB降至0.73 dB。借助特种光纤熔接机,通过两步放电熔接法,实现了带隙型空芯光子晶体光纤和其自身高强度低损耗熔接,熔接损耗为0.52dB。