一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高摻鍺石英光纖，具體涉及一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高相干性的平頂超連續(xù)光譜在相干斷層攝影檢測、非線性顯微光學(xué)以及超快脈沖壓縮等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。其中具有寬帶平坦正常色散特性的高非線性光纖是構(gòu)建產(chǎn)生高相干性平頂超連續(xù)光譜光纖光源的重要部件。目前具有平坦色散特性的光纖主要有以下兩種結(jié)構(gòu)形式:
[0003]一種是基于空氣和石英的光子晶體光纖獲得平坦正常色散特性，該種結(jié)構(gòu)是通過優(yōu)化光子晶體光纖的空氣孔直徑和孔間隔可以獲得平坦正常色散特性，在此基礎(chǔ)上在光子晶體光纖芯區(qū)內(nèi)引入一層直徑較小空氣孔，并充入具有適當(dāng)?shù)驼凵渎室后w以獲得平坦色散特性。
[0004]另一種是基于硅酸鹽玻璃材料的全固體光子晶體光纖獲得平坦正常色散特性，該種結(jié)構(gòu)利用兩種具有不同折射率的硅酸鹽玻璃(如玻璃型號F2和NC21)構(gòu)成光子晶體光纖，通過優(yōu)化光纖參數(shù)可以獲得全正常平坦色散特性。
[0005]但是，上述兩種結(jié)構(gòu)均需基于光子晶體光纖結(jié)構(gòu)，其中基于空氣包層的光纖在拉制光纖過程中不可避免地需要解決防止小直徑空氣孔坍塌問題及尺寸精度控制問題，這對工藝提出非常高的要求，成本明顯增加；基于低折射率硅酸鹽材料圓棒代替空氣孔通過周期排列構(gòu)成的光纖包層避免了上述空氣孔容易坍塌的問題，但是由于材料損耗導(dǎo)致光纖損耗較大，因此近紅外波長范圍內(nèi)的光纖損耗系數(shù)高達(dá)2-3dB/m。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，旨在簡化具有寬帶平坦正常色散特性的光纖結(jié)構(gòu)，降低其光纖損耗。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體為:
[0008]一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，包括纖芯和套于所述纖芯外的光纖包層組，所述光纖包層組包括第一環(huán)形光纖包層、第二環(huán)形光纖包層和外光纖包層，所述第一環(huán)形光纖包層和所述第二環(huán)形光纖包層由內(nèi)而外依次設(shè)于所述纖芯和所述外光纖包層之間；其中:所述纖芯、所述第一環(huán)形光纖包層所述第二環(huán)形光纖包層、所述外光纖包層的折射率間滿足ηη 2;所述光纖包層組的材料為二氧化鍺摩爾濃度> 20mol%的石英材料。
[0009]在上述尚慘錯石英光纖中，所述纖芯為尚慘錯纖芯。
[0010]在上述高摻鍺石英光纖中，所述高摻鍺纖芯為二氧化鍺摩爾濃度> 20mol%的石英材料。
[0011]在上述高摻鍺石英光纖中，所述二氧化鍺摩爾濃度為(60mol%，10mol % ]。
[0012]在上述高摻鍺石英光纖中，所述纖芯為非線性液體纖芯。
[0013]在上述高摻鍺石英光纖中，所述非線性液體纖芯為二硫化碳和/或四氯化碳液體纖芯。
[0014]在上述高摻鍺石英光纖中，所述纖芯的半徑為(1.5 μπι，2 μπι)。
[0015]在上述高摻鍺石英光纖中，所述第一環(huán)形光纖包層的半徑為(3 μ m，4 μ m)，所述第一環(huán)形光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(20mOl%，60mOl% )的石英材料。
[0016]在上述高摻鍺石英光纖中，所述第二環(huán)形光纖包層的半徑為(4.1 μm，5 μπι)，所述第二環(huán)形光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(40mol%，SOmol% )的石英材料。
[0017]在上述高摻鍺石英光纖中，所述外光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(20mol%，6Omol % )的石英材料。
[0018]本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:
[0019]本發(fā)明的高摻鍺石英光纖通過改變高摻鍺石英材料中的二氧化鍺摩爾濃度使光纖從中心芯區(qū)到包層的折射率呈高低分布，其中光纖中心的芯區(qū)為折射率最高部分，材料可以為純二氧化鍺、二氧化鍺摩爾濃度大于60mol%的高摻鍺石英或者具有較高非線性折射率的液體。本發(fā)明涉及的光纖在結(jié)構(gòu)上較之于光子晶體光纖更為簡單，拉制光纖的難度得以降低，在近紅外波長范圍內(nèi)，本發(fā)明的光纖損耗低于0.001dB/m ;同時(shí)，在0.8-3.2 μπι波長范圍內(nèi)，在能夠獲得平坦的正常群速度色散曲線的前提下，其色散斜率低于0.09ps/nm2/km。
【附圖說明】
[0020]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，能夠更完整更好地理解本發(fā)明。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0021]圖1為本發(fā)明一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中:1、纖芯2、第一環(huán)形光纖包層3、第二環(huán)形光纖包層4、外光纖包層。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0024]如圖1所示的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，包括由內(nèi)而外的高摻鍺纖芯1、以及由第一環(huán)形光纖包層2、第二環(huán)形光纖包層3和外光纖包層4組成的光纖包層組，高摻鍺纖芯I和高摻鍺光纖包層4之間引入具有不同二氧化鍺摻雜摩爾濃度的環(huán)形光纖包層(2、3)，設(shè)纖芯1、以及光纖包層(2、3、4)的折射率依次表示為Ii1, n2，％和H4，則本發(fā)明的高摻鍺石英光纖中，需滿足11>? n2;而且纖芯I和各個包層中摻入二氧化鍺摩爾濃度均大于20mol%的石英材料。
[0025]作為一種優(yōu)選，纖芯1、光纖包層(2、3、4)為石英材料時(shí)的二氧化鍺摩爾濃度(Xl、x2、x3、x4)以及纖芯1、光纖包層(2、3)的半徑CrpI^r3)分別為:
[0026]高摻鍺纖芯1:60mol % <x^ 10mol % (濃度為10mol %時(shí)即純二氧化鍺)，1.5 μ m<r1<2 μ m ；
[0027]第一環(huán)形光纖包層2:20mol % <x2<60mol % , 3 μ m<r2<4 μ m ；
[0028]第二環(huán)形光纖包層3:40mol % <x3<80mol %，4.1 μ m<r3<5 μ m ；
[0029]光纖包層4:20mol % <x4<60mol %。
[0030]為了獲得部分中紅外波段的超連續(xù)光譜輸出，可以由高非線性液體纖芯(如二硫化碳和/或四氯化碳液體)代替上述高摻鍺纖芯I。
[0031]進(jìn)一步地，截面為圓形的纖芯I還可以設(shè)計(jì)為橢圓形纖芯，也可以將纖芯I進(jìn)一步設(shè)計(jì)為雙芯結(jié)構(gòu)，以獲得高雙折射率特性。
[0032]上述的三層包層是屬于石英光纖的最基本結(jié)構(gòu)，大于三層的更多層同樣可以實(shí)現(xiàn)正常色散，因此任何包含本發(fā)明的進(jìn)一步擴(kuò)展也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，但是更多層包層卻增大了光纖結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，因此從優(yōu)化光纖結(jié)構(gòu)的角度來看，本發(fā)明的三層包層結(jié)構(gòu)的光纖是最佳選擇。
[0033]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，此處的附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解。顯然，以上所述僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是可輕易想到的、實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的變化或替換，也均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，包括纖芯和套于所述纖芯外的光纖包層組，所述光纖包層組包括第一環(huán)形光纖包層、第二環(huán)形光纖包層和外光纖包層，所述第一環(huán)形光纖包層和所述第二環(huán)形光纖包層由內(nèi)而外依次設(shè)于所述纖芯和所述外光纖包層之間；其中: 所述纖芯、所述第一環(huán)形光纖包層、所述第二環(huán)形光纖包層、所述外光纖包層的折射率 間滿足ηΑη? 112;所述光纖包層組的材料為二氧化鍺摩爾濃度> 20mol%的石英材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述纖芯為高摻鍺纖芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述高摻鍺纖芯為二氧化鍺摩爾濃度> 20mol %的石英材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述二氧化鍺摩爾濃度為(60mol %，10mol % ]。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述纖芯為非線性液體纖芯。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述非線性液體纖芯為二硫化碳和/或四氯化碳液體纖芯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述纖芯的半徑為(1.5μηι，2μηι)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述第一環(huán)形光纖包層的半徑為(3 μ m，4 μ m)，所述第一環(huán)形光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(20mol%，60mol% )的石英材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述第二環(huán)形光纖包層的半徑為(4.1 μ m，5 μ m)，所述第二環(huán)形光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(40mOl%，80mOl% )的石英材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，其特征在于，所述外光纖包層為二氧化鍺摩爾濃度為(20mOl%，60mOl% )的石英材料。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有寬帶平坦正常色散特性的高摻鍺石英光纖，包括纖芯和套于所述纖芯外的光纖包層組，所述光纖包層組包括第一環(huán)形光纖包層、第二環(huán)形光纖包層和外光纖包層，所述第一環(huán)形光纖包層和所述第二環(huán)形光纖包層由內(nèi)而外依次設(shè)于所述纖芯和所述外光纖包層之間；其中：所述纖芯、所述第一環(huán)形光纖包層、所述第二環(huán)形光纖包層、所述外光纖包層的折射率n1、n2、n3、n4之間滿足n1>n3>n4≥n2；所述光纖包層組的二氧化鍺摩爾濃度＞20mol％。本發(fā)明的石英光纖簡化了光纖結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了光纖的非線性系數(shù)，降低了模式損耗，利用該光纖可以獲得具有高相干特性的波長帶寬從0.8-3.2μm的超連續(xù)光譜。
【IPC分類】G02B6-036, G02B6-032
【公開號】CN104678490
【申請?zhí)枴緾N201510121483
【發(fā)明人】王春燦
【申請人】北京交通大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月19日