Anti-resonant hollow-core optical fiber and fabrication method thereof

Abstract

The present disclosure relates to an anti-resonant hollow-core optical fiber and a fabricating method thereof. The anti-resonant hollow-core optical fiber comprises: an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner cladding surface defining a tube cavity; a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; a plurality of basic extension members constituting an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a single basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member. With this design, the loss of the fundamental mode in the core may be effectively reduced, and the higher-order mode suppression ratio may be effectively improved.

Description

ANTI-RESONANT HOLLOW-CORE OPTICAL FIBER AND FABRICATION METHOD THEREOFFIELD

[0001] The present disclosure relates to the field of hollow-core optical fibers, and more specifically to an anti-resonant hollow-core optical fiber and a fabrication method thereof.BACKGROUND

[0002] Depending on the differences in optical guiding mechanisms, the hollow-core optical fibers may typically comprise hollow photonic bandgap optical fibers and anti-resonant hollow-core optical fibers.

[0003] The anti-resonant hollow-core optical fiber is characterized by simple structure, hollow-core light-guiding and broad transmission spectrum, and has important applications in fields such as interaction between light and a filling material, nonlinear optics, gas detection, gas laser generation and optical fluid technology. Meanwhile, the hollow-core light guiding is characterized by ultra-low Rayleigh scattering, low nonlinear coefficient and dispersion adjustability, may provide a higher laser damage threshold, and may be potentially applied in aspects such as in high-power laser transmission, ultraviolet / mid-infrared light transmission, pulse compression and optical soliton transmission.

[0004] In addition, the ultra-low loss, low dispersion, low non-linearity and propagation speed close to the speed of light of the anti-resonant hollow-core optical fiber may realize the development of hollow-core optical fiber communication transmission and communication devices, and lay a basic for the construction and development of next-generation optical communication systems with an ultra-large capacity, a low delay and a high speed.

[0005] In recent years, a Nested Anti-resonant Nodeless Fiber (NANF) structure has been proposed comprising a plurality of first tubes in contact with an outer sheath tube and defining a core, wherein especially, the optical performance is improved by spacing the first tubes apart to eliminate any contact between adjacent first tubes, and optical losses are reduced by several orders of magnitude by adding other smaller tubes nested within existing first tubes.

[0006] As an example, Fig. 1a shows a conventional Double Nested Anti-resonant Nodeless Fiber (DNANF) comprising a first tubular element as a cladding element, the first tubular element defining an inner cladding surface; a plurality of second tubular members contacting the cladding surface and collectively defining a core having an effective radius, the second tubular elements being arranged in spaced relation and adjacent ones of the second tubular elements having a spacing therebetween; and a plurality of third tubular elements, each nested within a respective one of the second tubular elements, to provide nested arrangements of tubular elements, wherein the fiber includes three, four, five or six nested arrangements of tubular elements.SUMMARY

[0007] An object of the present disclosure is to provide a novel anti-resonant hollow-core optical fiber and a fabricating method thereof.

[0008] According to a first aspect of the present disclosure, there is provided an anti-resonant hollow-core optical fiber. The anti-resonant hollow-core optical fiber comprises: an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner cladding surface defining a tube cavity; a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; a plurality of basic extension members constituting an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a corresponding basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member, wherein each basic extension member and corresponding basic contact member form a basic unit, and any two adjacent basic units are spaced apart from each other.

[0009] It will be appreciated that with the anti-resonant hollow core optical fiber of the present disclosure, the position of the basic extension member relative to the basic contact member can be more easily designed to help adjust the area of the cavity within the basic unit and / or the area of the gap region between adjacent basic units, to facilitate the matching between the effective refractive index of the mode in the cavity in the basic unit and / or the mode of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core, thereby more advantageously reducing the loss of the fundamental mode in the core and / or increasing the higher-order mode suppression ratio.

[0010] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of first-layer extension nested members, each first-layer extension nested member being nested between said corresponding basic extension member and said basic contact member, each said first-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. In this way, it is possible to more advantageously adjust the area of the cavity between the basic extension member and the basic contact member so as to facilitate the matching between the effective refractive index of the mode in the cavity and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core.

[0011] In some embodiments, when said first-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of said first-layer extension nested member are attached to said basic contact member at a second position on the corresponding basic contact member, said first position being the same as or different from said second position. In this manner, a simple and convenient manner of adjusting the crescent cavity between the basic extension member and the basic contact member is provided.

[0012] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of second-layer extension nested members, each second-layer extension nested member being nested between the first-layer extension nested member and the basic contact member, each second-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube. In this way, the crescent cavity between the first-layer extension nested member and the basic contact member may be further adjusted.

[0013] In some embodiments, when the second-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of the second-layer extension nested member are attached to the basic contact member at a third position on the corresponding basic contact member, the third position being the same as or different from the first position. In this way, a higher freedom to design the second-layer extension nested members is provided.

[0014] In some embodiments, both ends of each basic extension member as the second arc-shaped structure are each attached to the inner cladding surface via different basic contact members. In this way, a variant structure of combining the basic contact member with the basic extension member is provided.

[0015] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of first-layer basic nested members which each are nested within the corresponding basic contact member or between said basic contact member and said inner cladding surface, said first-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. In this way, a cross-sectional area of the cavity between the basic contact member and the inner cladding surface may be further adjusted.

[0016] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of second-layer basic nested members which each are nested within a corresponding said first-layer basic nested member or between said first nested member and said inner cladding surface, said second-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full pipe. In this way, a further adjustment of the cross-sectional area of the cavity between the first nested member and the inner cladding surface may be provided.

[0017] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of first-layer supplemental nested contact members which each are positioned between said different basic contact members in each basic unit and contact said inner cladding surface, while nested within the corresponding basic extension member. In this way, the adjustment of the cross-sectional area of the cavity between the basic contact member and the inner cladding surface may be provided.

[0018] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: a plurality of second-layer supplemental nested contact members which each are nested between said first-layer supplemental nested contact member and said inner cladding surface. In this way, the adjustment of the cross-sectional area of the cavity between the first-layer supplemental nested contact member and the inner cladding surface may be provided

[0019] In some embodiments, materials of the outer sheath tube and members therein are selected from quartz, soft glass, plastic or semiconductor.

[0020] In some embodiment, a minimum distance d between adjacent basic units and a core radius r are in the following relationship: 0.05<d / r<0.7. By defining the relationship between the minimum distance d and the core radius r, the reduction of the loss of the fundamental mode may be facilitated.

[0021] In some embodiments, said minimum distance d and said core radius r are in the following relationship: 0.1<d / r<0.6. By further defining the relationship, the loss of the fundamental mode may be further reduced.

[0022] In some embodiments, a proportion of an optical power guided by the material itself constituting said basic unit to a total optical power transmitted by said anti-resonant hollow-core optical fiber is less than 1x10-2 or 1x10-3. Thorough the limitation, the loss of the light caused by the optical power guided by the material itself may be effectively controlled.

[0023] In some embodiments, a ratio of the core radius to the wavelength of light guided by the hollow-core optical fiber is in a range between 3 and 40, or between 4.5 and 20.

[0024] In some embodiments, said basic contact member is said first arc-shaped structure, and a central angle θ of said basic contact member corresponding to an opening of said first arc-shaped structure is in a range of 0°≤θ≤350°. In some embodiments, a central angle α of said basic contact member corresponding to the opening of said basic extension member as said second arc-shaped structure is in a range of 0°<α ≤ 360 °-θ. Through these limitations, it is possible to help both ends of the basic extension member as the second arc-shaped structure to be attached to the first arc-shaped structure.

[0025] In some embodiments, a ratio P of an area of a cavity formed between any two adjacent members inside each said basic unit to an area RC of the core is in a range of 0.05<P<2, or 0.1<P<1. In some embodiments, a ratio S of an area G of a gap between adjacent said basic units to the area RC of said core is in a range 0.2<S<1.5. Through these limitations, the higher-order mode suppression ratio may be effectively improved, and / or the loss of the fundamental mode in the core may be effectively reduced.

[0026] In some embodiments, said optical fiber supports effective single-mode or multi-mode transmission.

[0027] In some embodiments, a ratio of a loss of the lowest-loss higher-order mode in said core to a loss of the fundamental mode in said core is at least one order of magnitude, or at least 2 orders of magnitude, or at least 3 orders of magnitude. In this way, a higher higher-order mode suppression ratio may be achieved.

[0028] In some embodiments, there is a difference (△neff) of less than 0.01 or 0.001 or 0.0001 between the effective refractive index (neff) of at least one fundamental mode supported within a cavity formed inside the basic unit and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core. This may help the lowest-loss higher-order mode in the core to couple and leak out via the cavity formed in the basic unit.

[0029] In some embodiments, the basic extension member and said basic contact member define therebetween a first crescent cavity having no nested members therein, said first crescent cavity having a maximum distance d1 in a radial direction of said optical fiber, wherein there is a relationship between the maximum distance d1 and a radius r of the core: 1<d1 / r<1.2. In some embodiments, a cavity without a nested member is defined in said basic contact member, said cavity having a maximum distance d2 in a radial direction of said optical fiber, wherein there is a relationship between the maximum distance d2 and the radius r of the core: 1.4<d2 / r<1.6. Through these limitations, the higher higher-order mode suppression ratio may be achieved.

[0030] In some embodiments, a difference between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region between the adjacent basic units and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core is less than 0.01, 0.001 or 0.0001. This may help the lowest-loss higher-order mode in the core to couple and leak out via the gap region.

[0031] In some embodiments, a ratio S between the gap area G and the area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is no basic nested member within the basic contact member: 0.72<S<0.82. Through the limitation, the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region may be effectively matched with the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core in this embodiment.

[0032] In some embodiments, a ratio S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is a basic nested member within the basic contact member: 0.44<S<0.82. Through the limitation, the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region may be effectively matched with the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core in this embodiment.

[0033] In some embodiments, a ratio S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is a basic nested member within the basic contact member: 0.53<S<0.82. Through the limitation, the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region may be effectively matched with the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core in this embodiment.

[0034] In some embodiments, there is the closest distance dc between the closest point of the basic contact member from the core and a plane where the opening of the basic extension member as an arc-shaped structure lies, a region between said first-layer basic nested member and a corresponding basic contact member has a maximum distance d3 in a radial direction of said hollow-core optical fiber, and said closest distance dc and maximum distance d3 have the following relationship: d3<dc. Through the limitation, the oscillation of the loss of the fundamental loss may be reduced.

[0035] In some embodiments, a ratio S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is an extension nested member between each said basic extension member and the corresponding basic contact member and there is no basic nested member within the basic contact member: 0.64<S<0.98. Through the limitation, the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region may be effectively matched with the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core in this embodiment, thereby achieving a lower fundamental mode loss and a higher high-order mode suppression ratio.

[0036] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises: 3 to 10 basic units.

[0037] In some embodiments, all wall thicknesses of the members constituting said basic unit are substantially the same.

[0038] In some embodiments, all wall thicknesses t of the members constituting the basic unit satisfy an anti-resonance condition:

[0039]

[0040] where λm is a resonant wavelength, m is an order of the anti-resonant layer, and n is a refractive index of a material of the members constituting the basic unit.

[0041] In some embodiments, a wall portion of said basic contact member covered by said basic extension member has a first thickness, said first thickness t satisfying an anti-resonance condition.

[0042] In some embodiments, a wall portion of said basic contact member not covered by said basic extension member has a second thickness, said second thickness may satisfy or may not satisfy said anti-resonance condition, wherein said first thickness is different from the second thickness.

[0043] In some embodiments, there are more than 3 layers of extended nested member arrangements between each said basic contact member and the corresponding said basic extension member.

[0044] In some embodiments, there are more than 3 layers of basic nested member arrangements in each of said basic contact members.

[0045] In some embodiments, cross-sectional shapes of said basic contact member and said basic extension member are selected from: a circular, oval or elliptical shape or a portion thereof.

[0046] In some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber further comprises a plurality of gap-filling members, each of which is provided in a gap region between the adjacent basic units and contacts the inner cladding surface. In this way, the area of the cavity of the gap region may be adjusted, thereby facilitating the match between the effective refractive index of the mode in the cavity of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core.

[0047] According to a second aspect of the present disclosure, there is provided a method for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber, comprising: providing an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner cladding surface defining a tube cavity; providing a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; providing a plurality of basic extension members to constitute an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a corresponding basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member; fixing the members disposed within the outer sheath tube in place, and then drawing the members into a cane-shaped intermediate member; and drawing the intermediate member into the anti-resonant hollow-core optical fiber in combination with air pressure regulation.

[0048] In some embodiments, the method further comprises: fabricating at least one of the basic contact member and the basic extension member by laser processing, 3D printing, or chemical etching.

[0049] In some embodiment, the intermediate member has a microstructure of a millimeter to a decimeter scale, and the anti-resonant hollow-core optical fiber has a microstructure of a scale of tens of micrometers to hundreds of micrometers.

[0050] According to a third aspect of the present disclosure, there is provided a method for fabricating the anti-resonant hollow-core optical fiber described above.

[0051] It should be appreciated that this Summary is not intended to identify key features or essential features of the present disclosure or limit the scope of the present disclosure. Other features in embodiments of the present disclosure will become apparent through the following depictions.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0052] The above and other features, advantages and aspects of embodiments of the present disclosure will become more apparent in conjunction with the drawings and with reference to the following detailed depictions. The same or like reference numerals throughout the drawings represent the same or like elements, wherein:

[0053] Fig. 1a through Fig. 1c illustrate an example of a conventional DNANF structure and a loss simulation diagram thereof.

[0054] Fig. 2a illustrates an example of the structure of the most basic anti-resonant hollow-core optical fiber.

[0055] Fig. 2b and Fig. 2c illustrate examples of structures with a nested member between a basic extension member and a basic contact member.

[0056] Fig. 2d through Fig. 2f illustrate examples of structures with a nested member within the basic contact member.

[0057] Fig. 2g illustrates a modified structure of the example of Fig. 2a.

[0058] Fig. 2h and Fig. 2i illustrate modified structures of the example of Fig. 2g.

[0059] Fig. 3a illustrate a diagram showing definitions of some parameters by taking the structure of the most basic anti-resonant hollow-core optical fiber as an example.

[0060] Fig. 3b illustrates a simulation diagram of a fundamental mode supported in a core.

[0061] Fig. 3c illustrates the relationship between a fundamental mode loss and a ratio d / r in the core.

[0062] Fig. 4a illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode of an air cavity corresponding to d1, d2 when the size of d1, d2 with respect to the core is changed.

[0063] Fig. 4b through Fig. 4c illustrate, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on a core higher-order suppression ratio when the size of d1, d2 with respect to the core is changed.

[0064] Fig. 5a illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on effective refractive index profiles of the core fundamental mode LP01, the core higher-order mode LP11 and a fundamental mode gap of a gap region when a ratio (G / RC) of the gap to an area of the core is changed.

[0065] Fig. 5b illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, effective refractive index profiles of the core fundamental mode LP01, the core higher-order mode LP11 and a fundamental mode of a gap region (gap) as a function of a wavelength.

[0066] Fig. 5c illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, curves of losses of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11 as a function of wavelength.

[0067] Fig. 5d illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, a higher-order mode suppression ratio as a function of the wavelength.

[0068] Fig. 6a through Fig. 6c illustrate views with one or more layers of nested members nested between the basic extension member and the basic contact member, wherein the basic extension member and the nested members therein are attached to the basic contact member at the same position on the basic contact member.

[0069] Fig. 6d illustrates a view with the nested member between the basic extension member and the basic contact member, wherein the basic extension member and the nested members therein are attached to the basic contact member at different positions on the basic contact member.

[0070] Fig. 7a through Fig. 7b illustrate the impact on the structure when the basic extension member and nested member thereof are at different attachment positions of the basic contact member, wherein the attachment positons may be characterized by a central angle αcorresponding to the basic contact member.

[0071] Fig. 8a through Fig. 8c illustrate examples of basic extension members and their nested members which vary with the corresponding attachment positions (or the central angle α) on the basic contact member.

[0072] Fig. 9 illustrates a plot of the basic contact member with the nested member and its position relative to an inner cladding surface.

[0073] Fig. 10 illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with a basic nested member embedded within the basic contact member but without an extending nested member between the basic extension member and the basic contact member.

[0074] Fig. 11a through Fig. 11g illustrate views of a ratio S between a gap area G and a core area RC as a function of the central angle α.

[0075] Fig. 12a illustrates, by taking the structure of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on the effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode supported by a gap region when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0076] Fig. 12b illustrates, by taking the structure of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on the loss of the core fundamental mode LP01 and core higher-order mode LP11 when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0077] Fig. 12c illustrates, by taking the structure of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on a core higher-order suppression ratio when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0078] Fig. 13 illustrates a plot of parameters associated with nested members inside the basic contact member.

[0079] Fig. 14a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with an extension nested member embedded between the basic extension member and the basic contact member but without a basic nested member in the basic contact member.

[0080] Fig. 14b illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on the effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode supported by a gap region when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0081] Fig. 14c illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on the loss of the core fundamental mode LP01 and core higher-order mode LP11 when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0082] Fig. 14d illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on a higher-order suppression ratio when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0083] Fig. 15a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with a different number of basic units and with a circular tube embedded in the gap.

[0084] Fig. 15b illustrates, by taking the structure of Fig. 15a as an example, a graph of a loss of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11 as a function of a wavelength.

[0085] Fig. 15c illustrates, by taking the structure of Fig. 15a as an example, a graph of a higher-order mode suppression ratio as a function of a wavelength.

[0086] Fig. 16 illustrates a graph of an impact of the increased number of layers of the nested members in the basic extension member on the loss of the fundamental mode of an anti-resonant hollow-core optical fiber.

[0087] Fig. 17a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with straight walls inside the basic contact members.

[0088] Fig. 17b illustrates a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength by taking the structure of Fig. 17a as an example.

[0089] Fig. 18a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with a plurality of layers of nested members inside the basic contact member.

[0090] Fig. 18b illustrates a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength by taking Fig. 18a as an example.

[0091] Fig. 19a illustrates a typical structure in which each of the basic extension members has a respective basic contact member at both ends thereof.

[0092] Fig. 19b illustrates a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength by taking Fig. 19a as an example.

[0093] Fig. 20a illustrates another typical structure in which each of the basic extension members has a respective basic contact member at both ends thereof.

[0094] Fig. 20b illustrates a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength by taking Fig. 20a as an example.

[0095] Fig. 21a illustrates a further typical structure in which each of the basic extension members has a respective basic contact member at both ends thereof.

[0096] Fig. 21b illustrates a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength by taking Fig. 21a as an example.

[0097] Fig. 22 illustrates a process diagram for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber according to an example embodiment of the present disclosure.

[0098] Fig. 23a through Fig. 23e illustrate some pictures of the structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber during fabrication.

[0099] Fig. 24 illustrates a flowchart of a method for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber according to an example embodiment of the present disclosure.DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS

[0100] Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. While certain embodiments of the present disclosure have been illustrated in the accompanying drawings, it is to be understood that the disclosure may be embodied in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein; rather, these embodiments are provided so that the present disclosure will be understood more thoroughly and completely. It should be appreciated that the drawings and examples of the present disclosure are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

[0101] As previously stated, anti-resonant hollow-core optical fibers, particularly nested anti-resonant nodeless fibers, increasingly draw people’s attention. Especially, based on the DNANF structure as shown in Fig. 1a, a simulation shows that a loss of a fundamental mode may be reduced even to a level below 0.1 dB / km. However, through research, it is found by the inventor that the conventional nested anti-resonance nodeless fiber has the following problems:

[0102] 1) A higher-order mode suppression ratio can only be adjusted by the size of the nested tubes (e.g., by adjusting the distance Z1, Z2 or Z3 between the different tubes in Fig. 1b) to enable the lowest-loss higher-order mode in the core to match with the fundamental mode supported in a crescent cavity between cladding tubes (as shown in Fig. 1c, the adjustment enables a small difference△neff, approximately equal to 0.0001, between effective refractive indices neff of the lowest-loss higher-order mode LP11 and the fundamental mode supported in the crescent cavity) . However, the adjustment and matching of the crescent cavity between the cladding tubes sacrifices the loss of the fundamental mode. For example, it can be seen from Fig. 1b that the loss of the fundamental mode is no longer at the lowest point when the higher-order mode suppression ratio reaches 1000.

[0103] 2) The nested structures can only increase anti-resonance layers to the inside, and due to the limited area of the large tubes (or contact tubes) in contact with the outer sheath tube, the number of anti-resonance layers which can be increased is limited. Generally, one middle tube and one small tube are nested. If nesting is continued, the continued increase in the number of layers has no significant effect on loss reduction and would affect the higher order mode suppression ratio because the diameter of nestable tube is too small or the area of the crescent shape of the cavity between the two tubes is too small.

[0104] 3) Due to the fact that the outermost tube defining the core is fixed in contact with the outer sheath tube, the cross-sectional area (or gap area) of the gap region between adjacent basic units cannot be changed, thereby causing a smaller gap area, so that the difference between the effective refractive index neff of the fundamental mode of the gap region and the effective refractive index neff of the higher-order mode LP11 of the core is larger (as shown in Fig. 1c, there is Δneff≈0.0015 between LP11 and the fundamental mode of the gap region) , thereby causing very little leakage of the higher-order mode via the gap region, and wasting the dimensionality of adjusting the mode properties through the gap.

[0105] In order to overcome the above-mentioned drawbacks of the conventional nested anti-resonant nodeless fiber, the present disclosure proposes a novel anti-resonant hollow-core optical fiber. The concept thereof is that a corresponding basic extension member extends outwardly from each of a plurality of basic contact elements contacting the outer sheath tube, wherein the basic extension member is indirectly attached to the inner cladding surface of the outer sheath tube via the basic contact member to constitute an innermost layer of member defining the core of the anti-resonant hollow-core optical fiber; meanwhile, each basic extension member and the corresponding basic contact member constitutes one basic unit; any two adjacent basic units are spaced apart from each other, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; and each of the basic extension members is a second arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface, both ends of the second arc-shaped structure being attached to the surface of the corresponding basic contact member at a first position on the corresponding individual basic contact member.

[0106] It is noted that the terms “via” and “attached” in the present disclosure both cover the meaning in the sense of “direct” and “indirect” , unless the context clearly excludes.

[0107] Furthermore, when the fiber is fabricated, other members such as straight walls, arc-shaped structures or full tubes may be nested or inserted between the basic contact member and the basic extension member (particularly, within the basic contact member) to adjust the area of the at least one crescent cavity between the different members in each basic unit to further match the refractive index of at least one fundamental mode in the at least one crescent cavity to that of the lowest loss higher-order mode in the core; and / or adjust the position of the basic contact member relative to the basic extension member defining the core, so as to adjust the gap area between adjacent basic units to further match the effective refractive index of the fundamental mode in the gap region to that of the lowest-loss higher-order mode in the core.

[0108] It will be appreciated that, in the manner described above, the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present application exhibits a higher degree of freedom to adjust, and meanwhile more advantageously reduces the fundamental mode loss in the core and / or increases the higher-order mode suppression ratio.

[0109] In order to more clearly understand the concept of the present application, Fig. 2a through Fig. 2i show examples of structures of various anti-resonant hollow-core optical fibers according to embodiments of the present disclosure.

[0110] More specifically, Fig. 2a shows an example of the structure of the most basic anti-resonant hollow-core optical fiber. As shown in Fig. 2a, the anti-resonant hollow-core optical fiber 1 comprises: an outer sheath tube 2 as a cladding element, a plurality of basic contact members 3 and a plurality of basic extension members 4.

[0111] The plurality of basic contact members 3 are arranged circumferentially around the outer sheath tube 2 and spaced apart from one another and disposed in contact with an inner cladding surface 21 of the outer sheath tube 2, thereby constituting a single-loop anti-resonant fiber structure. On the basis of the single-loop anti-resonant fiber structure, each basic extension member 4 of the plurality of basic extension members 4 may be attached to and extend from a corresponding basic contact member 3 so as to constitute the innermost member defining the core of the anti-resonant hollow fiber.

[0112] Thus, the combination of each said basic contact member 3 and a corresponding basic extension member 4 may form one basic unit, and the anti-resonant hollow-core optical fiber 1 may comprise a plurality of such basic units. According to the design of the present disclosure, the number of basic units may be 3 to 10, in particular 4 to 6. By way of example only, Fig. 2a shows five such basic units in which the basic extension members 4 will collectively define the effective radius of the core of the anti-resonant hollow-core optical fiber.

[0113] According to the design of the present disclosure, each basic contact member may be a full tube or a first arc-shaped structure opening towards the inner cladding surface. Further, each of the basic extension members may be a second arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface.

[0114] As an example, in the example of Fig. 2a, each basic contact member 3 and each basic extension member 4 are both a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface, wherein both ends of each basic contact member 3 as the arc-shaped structure are attached to the inner cladding surface 21 as if the basic contact member 3 is “intercepted” by the outer sheath tube 2, and both ends of each basic extension member 4 as the arc-shaped structure are attached to the surface of each basic contact member 3 as if the basic extension member 4 is “intercepted” by the corresponding basic contact member 3.

[0115] In some embodiments, the dimension of the basic contact member 3 itself as the above-described arc-shaped structure (including e.g., a length of the arc or the dimension of the corresponding opening) , and the position on the basic contact member 3 where both ends of the basic extension member 4 are attached (or referred to as “an interception position” ) may both be defined by the radius and the central angle of the basic contact member 3.

[0116] It will be appreciated that by adjusting the parameters (for example, including but not limited to: the radius, the dimension of the length of the arc, or the central angle corresponding to the opening, and the above interception position) of both the basic contact member 3 and the corresponding basic extension member 4 themselves, the height of the highest point of the basic contact member 3 in a radial direction of the fiber relative to the inner cladding surface 21, and the position of the highest point of the basic extension member 4 in the radial direction of the fiber relative to the basic contact member 3 may be adjusted. In this way, it is feasible to adjust the cross-sectional area of the cavity between each basic contact member 3 and the inner cladding surface 21, the cross-sectional area of the crescent cavity between each basic extension member 4 and the corresponding basic contact member 3, and the area of the gap region between adjacent basic units. As will be explained hereinafter, this is advantageous for reducing the loss of the fundamental mode in the core and / or increasing the higher-order mode suppression ratio.

[0117] It can also be seen from Fig. 2a that in the most basic anti-resonant hollow-core optical fiber structure, there is no nested member inside each basic contact member 3 and each basic extension member 4. However, as will be further illustrated and described later, there may be a nested member inside each basic contact member 3 and each basic extension member 4. The nested member for example may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. In addition, the above-described nesting may be one or more layers of nesting. In the above manner, the cross-sectional area of the cavity in each basic unit may be further adjusted to achieve more favorable control of the fundamental mode in the core and / or the higher-order mode suppression ratio.

[0118] Fig. 2b and Fig. 2c illustrate examples of structures with a nested member between the basic extension member and the basic contact member.

[0119] As shown in Fig. 2b and Fig. 2c, the structure is similar to that of Fig. 2a, but differs as follows: there is a first-layer nested extension member 41 between each basic contact member 3 and the corresponding basic extension member 4 (particularly, within the basic extension member 4 in some embodiments) . According to the design of the present disclosure, each of the first-layer of extension nested member may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube. In particular, in some embodiments, the nested extension member may be arranged such that the basic extension member 4 is not in contact the corresponding basic contact member 3.

[0120] As an example, the first-layer extension nested member 41 shown in Fig. 2b and Fig. 2c has an arc-shaped structure, opens towards the inner cladding surface 21, and has both ends attached to the surface of the basic contact member 3.

[0121] The difference between Fig. 2b and Fig. 2c lies in that both the first-layer extension nested member 41 and the basic extension member 4 as an arc-shaped structure in Fig. 2b are attached to the corresponding basic contact member 3 at the same position on the corresponding basic contact member 3, whereas both the first-layer extension nested member 41 and the basic extension member 4 as an arc-shaped structure in Fig. 2c are attached to the corresponding basic contact member 3 at different positions on the corresponding basic contact member 3.

[0122] It can also be seen from Fig. 2b and Fig. 2c that there is only one layer of nested member within each basic extension member 4 (or between each basic contact member 3 and the corresponding basic extension member 4) , but it will be appreciated that in other embodiments there may also be more layers of nested extension members within each basic extension member 4 (or between each basic contact member 3 and the corresponding basic extension member 4) , for example a second-layer nested extension member, a third-layer nested extension member, a fourth-layer nested extension member, etc. According to the design of the present disclosure, the number of nesting layers of the above-described extension nested members may be in a range of 1 to 10, specifically in a range of 1 to 3.

[0123] As a further example of the above nesting, for example, the second-layer extension nested member for example may be nested within a corresponding first-layer extension nested member as an arc-shaped structure or a full tube, each second-layer extension nested member may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. As another example, a third-layer extension nested member may be nested within a corresponding said second-layer extension nested member as an arc-shaped structure or a full tube, wherein each third-layer extension nested member may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. As another example, a fourth-layer extension nested member may be nested within a corresponding said third-layer extension nested member as an arc-shaped structure or a full tube, wherein each fourth-layer extension nested member may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube, and so on.

[0124] In addition, the basic extension member and other different layers of nested members described above may be attached to a corresponding individual basic contact member at the same position or different locations on the basic contact member.

[0125] For example, the basic extension member, the first-layer extension nested member, the second-layer extension nested member, the third-layer extension nested member, the fourth-layer extension nested member, etc. may be attached to the basic contact member at the same position or different positions on the corresponding individual basic contact member. For example, as shown in Fig. 2b, the basic extension member 4 and the first-layer extension nested member 41 are attached to a corresponding individual basic contact member 3 at the same position on the basic contact member. In contrast, as shown in Fig. 2c, the basic extension member 4 and the first-layer extension nested member 41 are attached to the corresponding individual basic contact member 3 at different positions of the basic contact member 3.

[0126] It may be appreciated that with the above-mentioned attachment at different positions, the area of the crescent cavity between the basic extension member 4 and the basic contact member may be more easily adjusted.

[0127] Fig. 2d through Fig. 2f illustrate examples of structures with a nested member within the basic contact member.

[0128] As shown in Fig. 2d through Fig. 2f, the structure is similar to that of Fig. 2a, but differs in that there is a corresponding one or more layers of basic nested members within each basic contact member 3, wherein the number of more layers may be in a range from 2 to 8. Thus, the multiple layers of basic nested members may, for example, include a first-layer basic nested member, a second-layer basic nested member, a third-layer basic nested member, a fourth-layer basic nested member, etc. According to the design of the present disclosure, the basic nested member may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube, and each basic nested member may be nested within a corresponding said basic contact member or between the basic contact member and the inner cladding surface.

[0129] For example, the first-layer basic nested member may be nested within the basic contact member that is an arc-shaped structure or a full tube, the second-layer basic nested member may be nested within the first-layer basic nested member that is an arc-shaped structure or a full tube, the third-layer basic nested member may, for example, be nested within the second-layer basic nested member that is an arc-shaped structure or a full tube, and the fourth-layer basic nested member may be nested within the third-layer basic nested member that is an arc-shaped member or a full tube, and so on.

[0130] By way of example, each basic contact member 3 in Fig. 2d has a layer of basic nested member therein, such as a first-layer basic nested member 31. In this example, the first-layer basic nested member 31 is a full tube. Furthermore, since the basic contact member 3 is an arc-shaped structure opening towards the inner cladding surface, the first-layer basic nested member 31 is in tangential contact with the inner cladding surface.

[0131] Within each basic contact member 3 in the example of Fig. 2e, there are two layers of basic nested members, for example a first-layer basic nested member 31 and a second-layer basic nested members 32. In this example, the basic contact member 3 is an arc-shaped structure, and both the first-layer basic nested member 31 and the second-layer basic nested member 32 are full tubes.

[0132] Within each basic contact member 3 in the example of Fig. 2f, there is also a layer of basic nested member 31, but in this example the first-layer basic nested member 31 is a straight wall.

[0133] Fig. 2g illustrates a modified structure of the example of Fig. 2a. In this example, the basic extension member 4 is an arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface, and both ends of the basic extension member 4 are each attached to the inner cladding surface via a different basic contact member.

[0134] For example, a first end of the basic extension member 4 is attached to the inner cladding surface 21 via a first basic contact member 3-1, and a second end of the basic extension member 4 is attached to the inner cladding surface 21 via a second basic contact member 3-2.

[0135] In this case, the above-mentioned basic extension member and the corresponding two basic contact members, i.e., the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2, will constitute one basic unit of the anti-resonant hollow-core optical fiber.

[0136] According to the design of the present disclosure, the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2 may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube.

[0137] In some embodiments, the first basic contact member 3-1 and second basic contact member 3-2 may be a small-sized structure with respect to the basic extension member 4. In this case, the cross-sectional area of the inner cavity defined among the basic extension member 4, the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2 in each basic unit is relatively large. Thus, in these embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber may further comprise one or more layers of supplemental nested members, such as a first-layer supplemental nested member, a second-layer supplemental nested member, a third-layer supplemental nested member, a fourth-layer supplemental nested member, within the inner cavity jointly defined among the three, the supplemental nested members may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube, and the number of layers may be, for example, in a range of 2 to 8 layers.

[0138] By way of example only, the supplemental nested members in the example of Fig. 2g may comprise, for example, a plurality of first-layer supplemental nested members 61, wherein each of the first-layer supplemental nested members is positioned between two different basic contact members (i.e., the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2) in each basic unit, contacts the inner cladding surface, and meanwhile is nested within a corresponding basic extension member 4. Furthermore, the supplemental nested member in the example of Fig. 2g may also include a plurality of second-layer supplemental nested members 62 which each are nested within said first-layer supplemental nested member 61.

[0139] Fig. 2h and Fig. 2i illustrate modified structures of the example of Fig. 2g. The examples of Fig. 2h and Fig. 2i differ from the example of Fig. 2g in that the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2 in Fig. 2h and Fig. 2i are relatively large structures. In this example, the first basic contact member 3-1 and the second basic contact member 3-2 may each comprise a nested member, which may be selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube, and the number of nested layers may for example be in a range of 1 to 8.

[0140] Various typical examples of the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present disclosure and variations thereof have been described above by way of example. However, it is to be understood that the present disclosure may further include further modifications based on the above examples and modifications thereof. For example, the extension nested member described above may act as an intermediate member between the basic contact member and the basic extension member such that the basic extension member does not directly contact the basic contact member, but only contacts the extension nested member. As another example, the anti-resonant hollow-core optical fiber may further comprise a plurality of gap-filling members, each gap-filling member being disposed in a gap region between adjacent basic units and contacting the inner cladding surface, the gap-filling members being selected from the group consisting of a full-tube, a straight-wall and an arc-shaped structures (see Fig. 15a hereinafter) . In this manner, the area of the cavity of the gap region may be adjusted to facilitate the matching of the effective refractive indices between the mode in the cavity of the gap region and the lowest-loss higher-order mode in the core.

[0141] It should also be understood that the scope of the present disclosure includes, but is not limited to, the structures of the above examples and variations thereof, and may encompass various possible combinations of features in structures that constitute various examples or variations thereof.

[0142] In addition, in the above various examples, a constituent material of the outer sheath tube and the members therein is selected from quartz, soft glass, plastic or semiconductor. Especially, the refractive index of the above constituent material may be selected from a range of 1.3 to 4, for example, a range of from 1.4 to 1.6. Furthermore, the cross-sectional shape of the various members as the arc-shaped structures or full tube may be selected from the following: a circular, oval or elliptical shape or a portion thereof.

[0143] Still further, in some embodiments, all wall thicknesses of the members constituting the basic unit may be substantially the same or different.

[0144] In particular, in some embodiments, all wall thicknesses t of the members constituting the basic unit may satisfy the anti-resonance condition:

[0145]

[0146] where λm is a resonant wavelength, m is an order of the anti-resonant layer, and n is a refractive index of the material of the members constituting the basic unit.

[0147] Still particularly, in some embodiments, a wall portion of the basic contact member that is covered (or surrounded, or shielded) by the basic extension member may have a first thickness that satisfies the anti-resonance condition. A wall portion of the basic contact member that is not covered (or surrounded, or shielded) by the basic extension member may have a second thickness that meets or does not meet the anti-resonance condition, and the second thickness may be different from the first thickness.

[0148] Furthermore, in some embodiments, a ratio of a core radius of the anti-resonant hollow-core optical fiber to a wavelength of light guided by the hollow-core optical fiber may be in a range between 3 and 40, particularly, for example, between 4.5 and 20. In some embodiments, a proportion of the optical power guided by the material itself constituting the basic unit to a total optical power transmitted by the anti-resonant hollow-core optical fiber (the total optical power including the optical power guided by both the air core and the material itself) may be less than 1x10-2, for example less than 1x10-3.

[0149] The various possible structures of the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present disclosure and the materials thereof have already been described in general above. Various possible parameter ranges and advantageous effects of the structures according to the present disclosure will be further described below in conjunction with definitions of some parameters and loss simulation diagrams.

[0150] It should be noted that, for the sake of convenience, definitions of some parameters and loss simulation diagrams are given in the context of certain example structures (e.g., only definitions of parameters and experiments and simulations with respect to some example structures are given) , but the parameters, experimental or simulation results (e.g., ranges of some parameters given in the text herein) may also apply to structures of anti-resonant hollow-core optical fibers other than those of the above-described specific examples, unless the context clearly dictates otherwise.

[0151] First, for ease of description, Fig. 3a gives definitions of some parameters by taking the structure of the most basic anti-resonant hollow-core optical fiber as an example. It will be appreciated that definitions of these parameters are also applicable to structures of other anti-resonant hollow-core optical fibers.

[0152] As shown in Fig. 3a, critical parameters in the structure of the anti-resonant hollow-core optical fiber may at least comprise a core radius r, and a minimum distance d between adjacent basic units.

[0153] As previously stated, the plurality of basic extension members 4 constitute the innermost member defining the core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein a scope of the core may for example be defined by inscribed circles of the plurality of basic extension members 4.

[0154] The minimum distance d may be defined as the shortest distance between adjacent basic units. In Fig. 3a the minimum distance d is equal to the shortest distance between two adjacent basic extension members 3.

[0155] In the example of Fig. 3a, the basic contact member 3 is exemplified as an arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface, and the central angle θ of the basic contact member corresponding to the opening may be in a range 0° ≤θ≤350°. The basic extension member 4 is also exemplified as an arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface, both ends of the opening are attached to the surface of the basic contact member 3, and the central angle α of the basic contact member corresponding to the opening is in the range of 0° ＜α≤360°-θ.

[0156] Without loss of generality, Fig. 3b illustrates a simulation diagram of a fundamental mode supported in the core. Fig. 3c illustrates a relationship between a fundamental mode loss and a ratio d / r in the core.

[0157] As shown in Fig. 3c, when the ratio is greater than 0.7, the higher the ratio, the greater the fundamental mode loss. Meanwhile, it is not meant that the lower the ratio is, the better the fundamental mode loss is. When the ratio is lower than 0.5, the fundamental mode loss increases instead. Thus, in some embodiments, the above ratio may be in a range of 0.05 <d / r <0.7. In particular, in some embodiments, the above ratio may be in a range of 0.1<d / r <0.6.

[0158] It can also be seen from Fig. 3c that fundamental mode losses below 1 dB / km, 0.1 dB / km, or 0.01 dB / km may be achieved by selecting an appropriate core radius and adjusting the range of the ratio described above.

[0159] In addition, the critical parameters in the structure of the anti-resonant hollow-core optical fiber may further comprise an area of a cavity defined between two adjacent members inside each basic unit, and a gap area G between two adjacent basic units, wherein the gap area G may be defined by tube walls of the adjacent basic units, the inner cladding surface, and a connection line of positions having the maximum distance d between the two basic units.

[0160] It should be appreciated herein that unless otherwise stated, the area mentioned everywhere in the text herein all refer to the area of the relevant structure in the cross-sectional direction of the optical fiber.

[0161] Through simulations, it is found that the higher-order mode suppression ratio in the core may be effectively improved and / or the loss of the fundamental mode in the core may be effectively reduced, by adjusting a ratio P of the area of the cavity defined between two adjacent members inside each basic unit to the area RC of the core, and / or a ratio S of the area G of the gap between two adjacent basic units to the area RC of the core.

[0162] In some embodiments, the ratio P of the area of the cavity defined between any two adjacent members inside each basic unit to the area RC of the core may be defined in a range of 0.05<P<2, and particularly, may be defined in a range of 0.1<P<1.

[0163] In some embodiments, the ratio S of the area G of the gap between two adjacent basic units to the area RC of the core may be defined in a range of 0.2<S <1.5.

[0164] Through the above definitions, in some embodiments, the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present application may exhibit an effective single mode. However, in further embodiments, multi-mode transmission of the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present application is also possible.

[0165] In particular, in some embodiments, a ratio of a loss of the lowest-loss higher-order mode in the core to a loss of the fundamental mode in the core is at least one order of magnitude, at least 2 orders of magnitude, or at least 3 orders of magnitude.

[0166] In some embodiments, there is a difference (△neff) of less than 0.01 or 0.001 or 0.0001 between the effective refractive index (neff) of at least one supported fundamental mode within the cavity formed within the basic unit and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core. In some embodiments, the difference between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region between the adjacent basic units and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core is less than 0.01, 0.001, or 0.0001. In this way, it may be helpful for the lowest-loss higher-order mode in the core to be coupled into or leak out via the cavity formed inside the basic unit and / or the gap region.

[0167] It should be appreciated that the above-described parameters d, r, RC, G, P, and S are the more general parameters for all embodiments, but in different embodiments, the critical parameters in the structure of the anti-resonant hollow-core optical fiber may also comprise parameters specific to certain embodiments.

[0168] For example, in an embodiment where there is not a nested member between the basic extension member and the basic contact member, i.e., in a case where a first crescent cavity without a nested member is defined between the basic extension member and the basic contact member, the critical parameters in the structure of the anti-resonant hollow-core optical fiber may further comprise an area of the first crescent cavity. Also in particular, in an embodiment without the nested member in the basic contact member, i.e., in a case where a cavity without the nested member is defined in the basic contact member, the critical parameters in the structure of the anti-resonant hollow-core optical fiber may further comprise an area of the cavity in the basic contact member.

[0169] In some embodiments, as shown in Fig. 3a, the area of the first crescent cavity may be characterized by a maximum distance d1 in a radial direction of the optical fiber, and the area of the cavity within the basic contact member may be characterized by a maximum distance d2 of the cavity in the radial direction of the optical fiber.

[0170] According to the design of the present disclosure, the ratio between the maximum distance d1 and the radius r of the core may be in a range of 1 <dl / r <1.2. The ratio between the maximum distance d2 and the radius r of the core may be in a range of 1.4 <d2 / r <1.6.

[0171] As a proof of simulation, Fig. 4a illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode of air cavity corresponding to d1, d2, when the size of d1, d2 with respect to the core is changed. Fig. 4b through Fig. 4c illustrate, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on a core higher-order suppression ratio when the size of d1, d2 with respect to the core is changed.

[0172] As shown in Fig. 4a and Fig. 4b, when 1<dl / r <1.2, the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core better matches the effective refractive index of the fundamental mode in the first crescent cavity described above, and a higher higher-order mode suppression ratio is achieved. As shown in Fig. 4a and Fig. 4c, when 1.4 <d2 / r <1.6, the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core better matches the effective refractive index of the fundamental mode of the cavity in the basic contact member, and a higher higher-order mode suppression ratio is achieved. In other words, within the above ranges, the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core may effectively match the effective refractive index of the fundamental mode in the first crescent cavity and / or in the cavity of the basic contact member, which may allow the lowest-loss higher-order mode in the core to leak out via the first crescent cavity and / or the cavity in the basic contact member, thereby achieving a higher higher-order mode suppression ratio.

[0173] It should be appreciated that similar simulations can be made with reference to the above d1 and d2 for the case where there is one layer of nested member or more layers of nested members between the basic extension member and the basic contact member and / or for the case where there is one layer of or more layers of nested members within the basic contact member.

[0174] Further, for certain embodiments, there might be more preferable ranges for the ratio P or S.

[0175] For example, in embodiments without a nested member between the basic extension member and the basic contact member, and without a nested member within the basic contact member, the ratio S between the gap area G to the area RC of the core may be in a range 0.72<S<0.82.

[0176] As a proof of simulation, Fig. 5a illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, an impact on effective refractive index profiles of the core fundamental mode LP01, the core higher-order mode LP11 and a fundamental mode of a gap region when a ratio (G / RC) of the gap to an area of the core is changed. Fig. 5b illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, effective refractive index profiles of the core fundamental mode LP01, the core higher-order mode LP11 and a fundamental mode of a gap region (gap) as a function of a wavelength. Fig. 5c illustrates, by taking the structure of Fig. 3a as an example, curves of losses of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11 as a function of a wavelength.

[0177] As can be seen from Fig. 5a, when 0.72<S <0.82, the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core can better match the effective refractive index of the fundamental mode supported in the gap region with a difference Δneff<0.0001. As can be seen from Figs. 5c and 5d, the fiber has a higher higher-order mode suppression ratio in the above parameter ranges, but the loss for the fundamental mode (LP01) in the core is not ideal.

[0178] However, it will be understood that the fundamental mode loss and / or higher-order mode suppression ratio of the present disclosure may be comprehensively adjusted or optimized by at least one or more of the following means:

[0179] a) adding a nested element between the basic extension member and the basic contact member (or, especially within the basic extension member) ;

[0180] b) adding a nested member within the basic contact member;

[0181] c) adjusting the position of the basic contact member relative to the base extension member;

[0182] d) adjusting the position of the basic contact member relative to the inner cladding surface;

[0183] e) setting the number of basic units;

[0184] f) selecting the shape and / or size of the basic contact member, the basic extension member and the nested member, wherein the shape may for example be selected from a straight wall, an arc-shaped structure and a full tube; and

[0185] g) adjusting critical parameters such as the core radius, the distance between adjacent basic units, the area of the gap between adjacent basic units, and the area of the cavity between members within the basic units.

[0186] Fig. 6a through Fig. 6c illustrate views with one or more layers of nested members nested between the basic extension member and the basic contact member, wherein the basic extension member and the nested member therein are attached to the basic contact member at the same position on the basic contact member; Fig. 6d illustrates a view with the nested member between the basic extension member and the basic contact member, wherein the basic extension member and the nested member therein are attached to the basic contact member at different positions on the basic contact member.

[0187] Fig. 7a through Fig. 7b illustrate the impact on the structure when the basic extension member and nested member thereof are at different attachment positions of the basic contact member, wherein the attachment positons may be characterized by a central angle αcorresponding to the basic contact member. Fig. 8a through Fig. 8c illustrate examples of basic extension members and their nested members which vary with the corresponding attachment positions (or the central angle α) on the basic contact member. As can be seen from Fig. 7a through Fig. 8c, with a given core radius and a given size of the basic contact member, the basic contact member will be closer and closer to the core as the central angle α increases, which may be used to adjust the area of the gap between adjacent basic units.

[0188] Fig. 9 illustrates a plot of the basic contact member with the nested member and its position relative to an inner cladding surface, wherein the position of the basic contact member relative to the inner cladding surface may be characterized by a central angle θ corresponding to the opening of the basic contact member as an arc-shaped structure. It may be appreciated that, with a given size of the basic contact member and its given position relative to the core, the inner cladding surface will move further and further away from the core as the central angle θ decreases, which may also be used to adjust the area of the gap between adjacent basic units.

[0189] More specific example embodiments for adjusting or optimizing the fundamental mode loss and / or higher-order mode suppression ratio are presented as follows.

[0190] Example embodiment 1

[0191] This example embodiment is a simulation and description of an anti-resonant hollow-core optical fiber structure with a basic nested member embedded within the basic contact member, but without an extension nested member between the basic extension member and the basic contact member (particularly, within the basic extension member in some embodiments) . Fig. 10 shows a typical structure of this example.

[0192] In this example embodiment, the ratio S between the area of the gap G between adjacent basic units and the area RC of the core may be adjusted, for example, by adjusting the position of the basic contact member with the nested member relative to the basic extension member, wherein the position of the basic contact member with the nested member relative to the basic extension member may be characterized by the central angle α in Fig. 9.

[0193] As an example, Fig. 11a through Fig. 11g illustrate views of a ratio S between a gap area G and a core area RC as a function of the central angle α.

[0194] According to this example embodiment, when the ratio S between the area of the gap G between adjacent basic units and the area RC of the core is in a range of 0.44<S<0.82, particularly in a range of 0.53<S<0.82, there may be a lower fundamental mode loss and a higher higher-order mode suppression ratio.

[0195] As a proof, Fig. 12a illustrates, by taking the structures of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on the effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode supported by a gap region when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed. Fig. 12b illustrates, by taking the structures of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on the loss of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed. Fig. 12c illustrates, by taking the structures of Fig. 11a through Fig. 11g as an example, an impact on a core higher-order suppression ratio when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0196] As shown in Fig. 12a, when 0.44<S<0.82, there is a good match between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core. In particular, when S=0.64, there is a difference (△neff) of about 0.0001 between the effective refractive index (neff) of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core. More particularly, when 0.53<S<0.82, there is a difference (△neff) of about 0.001 between the effective refractive index (neff) of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core.

[0197] In addition, as can be seen from Fig. 12b and Fig. 12c, when 0.44≤S≤0.64, the loss of the core fundamental mode (LP01) is about in a range of 0.01-0.03dB / km, and meanwhile the lowest loss of the higher-order mode (LP11) increases along with the increasing S, so that it has a higher higher-order mode suppression ratio. In particular, when 0.53≤S≤0.82, the higher-order mode suppression ratio is greater than 100, even up to 1000. For example, when S= 0.64, there is a difference (△neff) of about 0.0001 between the effective refractive index (neff) of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core, thereby achieving a higher higher-order mode suppression ratio of about 1000, and meanwhile reducing the loss to 0.023 dB / km.

[0198] It should be appreciated that although the present application mainly pursues for single-mode transmission in an optical fiber, the present application may also achieve multi-mode transmission for some applications not aiming at the single-mode transmission by designing a range away from the above-mentioned range of 0.44<S<0.82.

[0199] Furthermore, for an embodiment having a first-layer basic nested member within the basic contact member, the first-layer basic nested member should not be too far from an apex of the basic contact member as an arc-shaped structure, which may help to reduce oscillation of the fundamental mode loss. In this case, the critical parameters of the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present application may for example further comprise: the closest distance dc between the closest point of the basic contact member from the core and a plane where the opening of the basic extension member as an arc-shaped structure lies, and a maximum distance d3 of a cavity region between the first-layer basic nested member and the corresponding basic contact member in a radial direction of the optical fiber. Fig. 13 gives definitions of relevant parameters.

[0200] In some embodiments, there may be the following relationship between the closest distance dc and the maximum distance d3 to thereby reduce oscillation of the fundamental mode loss: d3<dc.

[0201] Example embodiment 2

[0202] This example embodiment is a simulation and description of an anti-resonant hollow-core optical fiber structure with an extension nested member embedded between the basic extension member and basic contact member, but without a basic nested member in the basic contact member. Fig. 14a shows a typical structure of this example.

[0203] In this example embodiment, similarly, the ratio S between the area G of the gap between adjacent basic units and the area RC of the core may be adjusted by adjusting the position of the basic contact member relative to the basic extension member having the nested member, wherein the position of the basic contact member relative to the basic extension member having the nested member may for example be represented by the central angle α in Fig. 7b.

[0204] According to this example embodiment, when the ratio S between the area G of the gap between adjacent basic units and the area RC of the core may be in a range of 0.64<S<0.98, there may be a lower fundamental mode loss and a higher higher-order mode suppression ratio.

[0205] As a proof, Fig. 14b illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on the effective refractive index profiles of a core fundamental mode LP01, a core higher-order mode LP11 and a fundamental mode supported by a gap region when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed. Fig. 14c illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on the loss of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11, when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed. Fig. 14d illustrates, by taking the structure of Fig. 14a as an example, an impact on a higher-order suppression ratio, when the ratio S between the gap area G and the core area RC is changed.

[0206] As can be seen from Fig. 14b through Fig. 14d, when 0.64<S<0.98, there is a good match between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core, which means that the higher-order mode in the core can leak out via the gap region, thereby achieving a higher higher-order mode suppression ratio. Furthermore, when 0.49<S<0.73, the fundamental mode loss is also at a lower level in a range of 0.01 dB / km to 0.03 dB / km.

[0207] In particular, when S= 0.73, there is a difference (△neff) of about 0.0001 between the effective refractive index (neff) of the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode (LP11) in the core. The difference may achieve a higher-order mode suppression ratio in excess of 1000 with the fundamental mode losses as low as 0.014 dB / km. After S= 0.73, as the central angle α becomes larger, the gap area G gradually decreases, and the effective refractive index of the gap region becomes further away from the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode, so that the higher-order mode suppression ratio gradually decreases.

[0208] Example embodiment 3

[0209] This example embodiment is a simulation and description of an anti-resonant hollow-core optical fiber having a different number of basic units. Fig. 15a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with four basic units and with a circular tube embedded in the gap. Fig. 15b illustrates, by taking the structure of Fig. 15a as an example, a graph of loss of the core fundamental mode LP01 and the core higher-order mode LP11 as a function of a wavelength. Fig. 15c illustrates, by taking the structure of Fig. 15a as an example, a graph of a higher-order mode suppression ratio as a function of a wavelength.

[0210] As can be seen from Fig. 15b and Fig. 15c, there is a lower fundamental mode loss (LP01) and a higher higher-order mode suppression ratio (LP11) over a range of the wavelength.

[0211] Example embodiment 4

[0212] This example embodiment relates to an impact of the increased layers of nested members within the basic extension member on the fundamental mode loss of an anti-resonant hollow-core optical fiber. Fig. 16 shows a related graph.

[0213] As shown in Fig. 16, the larger the total number of the nested members between the basic extension member and the basic contact member plus the basic extension members, i.e., the larger the number of anti-resonance layers is, the loss of the fundamental mode decreases exponentially. The loss decreases slowly later because the number of anti-resonance layers is sufficient and light mostly leaks out via the gap region.

[0214] Other example embodiments

[0215] Fig. 17a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with straight walls inside the basic contact members. Fig. 17b illustrates, by taking the structure of Fig. 17a as an example, a diagram of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength.

[0216] Fig. 18a illustrates a typical structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber with a plurality of layers of nested members inside the basic contact member; Fig. 18b illustrates, by taking Fig. 18a as an example, a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength.

[0217] Fig. 19a illustrates a typical structure in which each of the basic extension members has a respective basic contact member at both ends thereof, wherein each basic contact member is small in size, and there are one or more layers of supplemental nested members between the basic extension member and the inner cladding surface; Fig. 19b illustrates, by taking Fig. 19a as an example, a diagram of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength.

[0218] Fig. 20a illustrates another typical structure in which each of the basic extension members has a corresponding basic contact member at both ends thereof. Fig. 20a differs from Fig. 19a in that each basic contact member has a relatively large size, and there is not a nested member between the base extension member and the inner cladding surface; Fig. 20b illustrates, by taking Fig. 20a as an example, a graph of the loss of the fundamental mode of the core as a function of a wavelength.

[0219] Fig. 21a illustrates a further typical structure in which each of the basic extension members has a corresponding basic contact member at both ends thereof. Fig. 21a differs from Fig. 20a in that the sizes of the nested members in the basic contact members are different. Fig. 21b illustrates, by taking Fig. 21a as an example, a diagram of the loss of the fundamental mode of the core in x and y polarization directions as a function of a wavelength.

[0220] As can be seen from Fig. 17a through FIG. 21b, these structures can all achieve a lower fundamental mode loss. In addition, although a simulation diagram of the loss of the higher-order mode suppression ratio is not shown, it is verified through simulation that these structures can all achieve a higher higher-order mode suppression ratio.

[0221] Fig. 22 illustrates a process diagram for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber according to an example embodiment of the present disclosure. Fig. 23a through Fig. 23e illustrate some pictures of the structure of an anti-resonant hollow-core optical fiber during fabrication. Fig. 24 illustrates a flowchart of a method of fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber according to an example embodiment of the present disclosure. The steps of the method will now be described with reference to Fig. 22 through Fig. 24. It will be appreciated that the method of the present disclosure employs a stack-and-draw method, and the draw therein may be a two-step draw.

[0222] As shown in Fig. 24, in step S2410, an outer sheath tube is provided as a cladding element, wherein the outer sheath tube has an inner cladding surface defining a tube cavity.

[0223] In step S2420, a plurality of basic contact members are provided such that the plurality of basic contact members are arranged spaced apart from each other within the tube cavity of the outer sheath tube element and each contact said inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface.

[0224] In step S2430, a plurality of basic extension members are provided to constitute an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each basic extension member is a second arc-shaped structure opening towards the inner cladding surface, both ends of the second arc-shaped structure being attached to a surface of a corresponding individual basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member.

[0225] In some embodiments, at least one of the basic contact member and the basic extension member provided above may be fabricated by laser processing, 3D printing, or chemical etching.

[0226] In some embodiments, the method may further comprise the step of providing a nested member between the basic extension member and the basic contact member (or especially, within the basic extension member) , a nested member within the basic contact member, and / or a supplemental nested member as shown in Fig. 19a.

[0227] In the above-described steps, once the above-described outer sheath tube, the basic contact members, the basic extension members, and possibly various nested members are provided, these members may be stacked together, for a subsequent fixing and drawing operation.

[0228] In step S2440, the members disposed within the outer sheath tube are fixed in place, and then drawn into a cane-shaped intermediate member. Then, in step S2450, the intermediate member is drawn into the anti-resonant hollow-core optical fiber in combination with air pressure regulation.

[0229] The drawing step described above can be carried out, for example, in a high-temperature furnace as shown in Fig. 22. In addition, the intermediate member has a microstructure of a millimeter to a decimeter scale, and the finally-drawn anti-resonant hollow-core optical fiber has a microstructure of a scale from tens of micrometers to hundreds of micrometers.

[0230] The structure of various embodiments of the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present disclosure and the method of making the same have been described in detail above.

[0231] It will be appreciated that in the anti-resonant hollow-core optical fiber of the present disclosure, the basic extension member defining the core radius does not directly contact the inner cladding surface of the outer sheath tube, but is attached to the inner cladding surface via the basic contact member, which makes it possible to adjust the area of the crescent cavity between the basic extension member and the basic contact member and / or the area of the gap region between adjacent basic units during fabrication by adjusting the position of the basic contact member relative to the basic extension member. This makes it possible to easily support the matching between the effective refractive index of at least one fundamental mode in the crescent region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode of the core, and / or the matching between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode of the core, thereby allowing the lowest-loss higher-order mode of the core to leak out via the crescent cavity and / or the gap region, thereby achieving a higher higher-order mode suppression ratio and a lower fundamental mode loss. Furthermore, it is also possible to flexibly dispose one or more layers of nested members between the basic contact member and the basic extension member, or inside the basic contact member, to further optimize the area of each cavity formed in the basic units so that the effective refractive index (neff) of at least one fundamental mode supported by these cavities better matches the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core, thereby further increasing the higher-order mode suppression ratio and reducing the fundamental mode loss.

[0232] It will also be appreciated that the flow described above is merely an example. Although the steps of the method are described in a specific order in the specification, this does not require or imply that the actions must be performed in the specific order, or that all illustrated actions must be performed in order to achieve a desired result, but rather the steps depicted may be performed in a different order. Additionally or alternatively, some steps may be omitted, multiple steps may be combined into one step for execution, and / or one step may be divided into multiple steps for execution.

[0233] While the present invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description are to be considered as being illustrative or exemplary and not restrictive; the present invention is not limited to the disclosed embodiments. Other variations to the disclosed embodiments can be understood and effected by those skilled in the art in practicing the claimed invention, by studying the drawings, the disclosure, and the appended claims.

[0234] In the claims, the word “comprise” does not exclude other elements, and the indefinite article “a” or “an” does not exclude a plurality. A single element or other members may fulfill the functions of several items recited in the claims. The mere fact that certain features are recited in mutually different embodiments or in dependent claims does not indicate that a combination of these features cannot be used advantageously. The scope of protection of the present application covers any possible combination of the features recited in the various embodiments or in the dependent claims, without departing from the spirit and scope of the present application.

[0235] Furthermore, any reference signs in the claims shall not be construed as limiting the scope of the invention.

[0236] In addition, the present application may also relate to the following clauses and various possible combinations thereof:

[0237] 1. An anti-resonant hollow-core optical fiber, comprising: an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner  cladding surface defining a tube cavity; a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another  within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; a plurality of basic extension members constituting an innermost member defining a  core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a single basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member, wherein each basic extension member and corresponding basic contact member form  a basic unit, and any two adjacent basic units are spaced apart from each other. 2. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 1, further comprising: a plurality of first-layer extension nested members, each first-layer extension nested  member being nested between the corresponding basic extension member and the corresponding basic contact member, each said first-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. 3. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 2, wherein when said  first-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of said first-layer extension nested member are attached to said basic contact member at a second position on the corresponding basic contact member, said first position being the same as or different from said second position. 4. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 2, further comprising: a plurality of second-layer extension nested members, each second-layer extension  nested member being nested between the first-layer extension nested member and the basic contact member, each second-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube. 5. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 4, wherein when the  second-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of the second-layer extension nested member are attached to the basic contact member at a third position on the corresponding basic contact member, the third position being the same as or different from the first position. 6. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 1, wherein both ends  of each basic extension member as the second arc-shaped structure are each attached to the inner cladding surface via a different basic contact member. 7. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1-6, further  comprising: a plurality of first-layer basic nested members which each are nested within the  corresponding basic contact member or between said basic contact member and said inner cladding surface, said first-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube. 8. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 7, further comprising a plurality of second-layer basic nested members which each are nested within the  corresponding first-layer basic nested member or between said first nested member and said inner cladding surface, said second-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full pipe. 9.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 6, further comprising:  a plurality of first-layer supplemental nested contact members which each are positioned between said different basic contact members in each basic unit and contact said inner cladding surface, while nested within the corresponding basic extension member. 10. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 9, further  comprising: a plurality of second-layer supplemental nested contact members which each are nested between said first-layer supplemental nested contact member and said inner cladding surface. 11. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any one of clauses 1 to 10,  wherein materials of the outer sheath tube and members therein are selected from quartz, soft glass, plastic or semiconductor. 12. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 10,  wherein a minimum distance d between adjacent basic units and a core radius r are in the following relationship: 0.05<d / r<0.7. 13. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 12, wherein said  minimum distance d and said core radius r are in the following relationship: 0.1 <d / r<0.6. 14. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 13,  wherein a proportion of an optical power guided by the material itself constituting said basic unit to a total optical power transmitted by said anti-resonant hollow-core optical fiber is less than 1x10-2 or 1x10-3. 15. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 14,  wherein a ratio of the core radius to the wavelength of light guided by the hollow-core optical fiber is in a range between 3 and 40, or between 4.5 and 20. 16. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 15,  wherein said basic contact member is said first arc-shaped structure, and a central angle θ of said basic contact member corresponding to an opening of said first arc-shaped structure is in a range of 0°≤θ≤350°. 17. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 16, wherein a  central angle α of said basic contact member corresponding to the opening of said basic extension member as said second arc-shaped structure is in a range of 0°<α ≤ 360 °-θ. 18. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 17,  wherein a ratio P of an area of a cavity formed between any two adjacent members inside each said basic unit to an area RC of the core is in a range of 0.05<P<2, or 0.1<P<1. 19. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 18,  wherein a ratio S of an area G of a gap between adjacent said basic units to the area RC of said core is in a range 0.2<S<1.5. 20. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 19,  wherein said optical fiber supports effective single-mode or multi-mode transmission. 21. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 20,  wherein a ratio of a loss of the lowest-loss higher-order mode in said core to a loss of the fundamental mode in said core is at least one order of magnitude, or at least 2 orders of magnitude, or at least 3 orders of magnitude. 22. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 21,  wherein there is a difference (△neff) of less than 0.01 or 0.001 or 0.0001 between the effective refractive index (neff) of at least one fundamental mode supported within a cavity formed inside the basic unit and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core. 23. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 22,  wherein said basic extension member and said basic contact member define therebetween a first crescent cavity having no nested members therein, said first crescent cavity having a maximum distance d1 in a radial direction of said optical fiber, wherein there is a relationship between the maximum distance d1 and a radius r of the  core: 1<d1 / r<1.2. 24. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 23,  wherein a cavity without a nested member is defined in said basic contact member, said cavity having a maximum distance d2 in a radial direction of said optical fiber, wherein there is a relationship between the maximum distance d2 and the radius r of  the core: 1.4<d2 / r<1.6. 25. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 24,  wherein a difference between the effective refractive index of the fundamental mode supported by the gap region between the adjacent basic units and the effective refractive index of the lowest-loss higher-order mode in the core is less than 0.01, 0.001 or 0.0001. 26. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 25,  wherein a ratio S between the gap area G and the area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is no basic nested member within the basic contact member: 0.72<S<0.82. 27. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 25,  wherein a ratio S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is a basic nested member within the basic contact member: 0.44<S<0.82. 28. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 27, wherein a ratio  S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is no extension nested member between the basic extension member and the basic contact member and there is a basic nested member within the basic contact member: 0.53<S<0.82. 29. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 27, wherein there  is the closest distance dc between the closest point of the basic contact member from the core and a plane where the opening of the basic extension member as an arc-shaped structure lies, a region between said first-layer basic nested member and the corresponding basic contact member has a maximum distance d3 in a radial direction of said hollow-core optical fiber, and said closest distance dc and the maximum distance d3 have the following relationship: d3<dc. 30. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 25,  wherein a ratio S between an area G of a gap between the adjacent basic units and an area RC of the core has the following relationship in a case where there is an extension nested member between each said basic extension member and the corresponding basic contact member and there is no basic nested member within the basic contact member: 0.64<S<0.98. 31. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 30,  comprising: 3 to 10 basic units. 32. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 31  wherein all wall thicknesses of the members constituting said basic unit are substantially the same. 33. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 31,  wherein all wall thicknesses t of the members constituting the basic unit satisfy an anti-resonance condition: where λm is a resonant wavelength, m is an order of the anti-resonant layer, and n is a  refractive index of a material of the members constituting the basic unit. 34. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 31,  wherein a wall portion of said basic contact member covered by said basic extension member has a first thickness, said first thickness t satisfying an anti-resonance condition. 35. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to clause 34, wherein a wall  portion of said basic contact member not covered by said basic extension member has a second thickness, said second thickness satisfying or not satisfying said anti-resonance condition, wherein said first thickness is different from the second thickness. 36. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 35,  wherein there are more than 3 layers of extended nested member arrangements between each basic contact member and the corresponding basic extension member. 37. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 36,  wherein there are more than 3 layers of basic nested member arrangements in each of said basic contact members. 38. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 37,  wherein cross-sectional shapes of said basic contact member and said basic extension member are selected from: a circular, oval or elliptical shape or a portion thereof. 39. The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of clauses 1 to 38,  further comprising a plurality of gap-filling members, each of which is provided in a gap region between the adjacent basic units and contacts the inner cladding surface. 40. A method for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber, comprising: providing an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an  inner cladding surface defining a tube cavity; providing a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from  one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface; providing a plurality of basic extension members to constitute an innermost member  defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a single basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member; fixing the members disposed within the outer sheath tube in place, and then drawing  the members into a cane-shaped intermediate member; and drawing the intermediate member into the anti-resonant hollow-core optical fiber in  combination with air pressure regulation. 41. The method according to clause 40, further comprising: fabricating at least one of the basic contact member and the basic extension member  by laser processing, 3D printing, or chemical etching. 42. The method according to clause 40 or 41, wherein the intermediate member has a  microstructure of a millimeter to a decimeter scale, and the anti-resonant hollow-core optical fiber has a microstructure of a scale of tens of micrometers to hundreds of micrometers. 43. A method for fabricating the anti-resonant hollow-core optical fiber according to  any of clauses 1 to 39.

Claims

1.An anti-resonant hollow-core optical fiber, comprising:an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner cladding surface defining a tube cavity;a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface;a plurality of basic extension members constituting an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a corresponding basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member,wherein each basic extension member and corresponding basic contact member form a basic unit, and any two adjacent basic units are spaced apart from each other.2.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 1, further comprising:a plurality of first-layer extension nested members, each first-layer extension nested member being nested between the corresponding basic extension member and the corresponding basic contact member, each said first-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube.3.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 2, wherein when said first-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of said first-layer extension nested member are attached to said basic contact member at a second position on the corresponding basic contact member, said first position being the same as or different from said second position.4.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 2, further comprising:a plurality of second-layer extension nested members, each second-layer extension nested member being nested between the first-layer extension nested member and the basic contact member, each second-layer extension nested member being selected from a straight wall, an arc-shaped structure, or a full tube.5.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 4, wherein when the second-layer extension nested member is an arc-shaped structure, both ends of the second-layer extension nested member are attached to the basic contact member at a third position on the corresponding basic contact member, the third position being the same as or different from the first position.6.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 1, wherein both ends of each basic extension member as the second arc-shaped structure are each attached to the inner cladding surface via different basic contact members.7.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of claims 1-6, further comprising:a plurality of first-layer basic nested members which each are nested within the corresponding basic contact member or between said basic contact member and said inner cladding surface, said first-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full tube.8.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 7, further comprisinga plurality of second-layer basic nested members which each are nested within the corresponding first-layer basic nested member or between said first-layer basic nested member and said inner cladding surface, said second-layer basic nested members being selected from a straight wall, an arc-shaped structure or a full pipe.9.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 6, further comprising: a plurality of first-layer supplemental nested contact members which each are positioned between said different basic contact members in each basic unit and contact said inner cladding surface, while nested within the corresponding basic extension member.10.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 9, further comprising: a plurality of second-layer supplemental nested contact members which each are nested between said first-layer supplemental nested contact member and said inner cladding surface.11.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of claims 1 to 10, wherein said basic contact member is said first arc-shaped structure, and a central angle θ of said basic contact member corresponding to an opening of said first arc-shaped structure is in a range of 0°≤θ≤350°.12.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to claim 11, wherein a central angle α of said basic contact member corresponding to the opening of said basic extension member as said second arc-shaped structure is in a range of 0°<α ≤ 360 °-θ.13.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of claims 1 to 12, wherein a ratio P of an area of a cavity formed between any two adjacent members inside each said basic unit to an area RC of the core is in a range of 0.05<P<2, or 0.1<P<1.14.The anti-resonant hollow-core optical fiber according to any of claims 1 to 13, wherein a ratio S of an area G of a gap between adjacent said basic units to the area RC of said core is in a range 0.2<S<1.5.15.A method for fabricating an anti-resonant hollow-core optical fiber, comprising:providing an outer sheath tube as a cladding element, the outer sheath tube having an inner cladding surface defining a tube cavity;providing a plurality of basic contact members which are disposed spaced apart from one another within the tube cavity of the outer sheath tube and each contact the inner cladding surface, wherein each basic contact member is a full tube or a first arc-shaped structure opening toward the inner cladding surface;providing a plurality of basic extension members to constitute an innermost member defining a core of the anti-resonant hollow-core optical fiber, wherein each of said basic extension members is a second arc-shaped structure opening towards said inner cladding surface, both ends of said second arc-shaped structure being attached to a surface of a corresponding basic contact member at a first position on the corresponding basic contact member;fixing the members disposed within the outer sheath tube in place, and then drawing the members into a cane-shaped intermediate member; anddrawing the intermediate member into the anti-resonant hollow-core optical fiber in combination with air pressure regulation.

Images