一種中紅外波段色散補(bǔ)償器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及中紅外波段光纖器件，具體而言，涉及基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補(bǔ)償器件，用于實(shí)現(xiàn)激光全光纖結(jié)構(gòu)，優(yōu)化鎖模光纖激光器輸出功率、孤子脈沖傳輸和寬帶超連續(xù)譜產(chǎn)生等。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，中紅外波段(2?5 μπι)的鎖模光纖激光器的興起引起了人們極大的興趣。在這個(gè)波長(zhǎng)范圍，許多重要分子具有強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)吸收，這種性質(zhì)為中紅外大氣探測(cè)等提供了可能。另外，該波段的高功率脈沖激光是塑料的加工成型等應(yīng)用的的理想光源，并在強(qiáng)場(chǎng)物理學(xué)領(lǐng)域也有應(yīng)用。然而，受傳統(tǒng)孤子面積理論和光譜邊帶的制約，孤子脈沖能量通常被限制在nj級(jí)別。目前在大幅改善脈沖能量方面已有一些解決方案，在這些方案中，工作在正常色散區(qū)的鎖模光纖激光器由于其可以直接獲得高能脈沖，從而引起了極大關(guān)注。正常色散目前可以通過(guò)常規(guī)單模光纖或色散補(bǔ)償光纖運(yùn)作于中紅外波段方便地實(shí)現(xiàn)。常規(guī)單模光纖可以在I μm波長(zhǎng)附近實(shí)現(xiàn)正常色散，而色散補(bǔ)償光纖可以在1.55 μπι通信波長(zhǎng)附近實(shí)現(xiàn)正常色散。如果將這種高效激光源應(yīng)用于中紅外光譜范圍，那么設(shè)計(jì)一個(gè)色散可調(diào)控或者大色散的光纖激光諧振腔將是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)商用光纖在該波段通常是負(fù)色散。在中紅外機(jī)制，2 μπι附近摻銩光纖激光器已經(jīng)被深入研宄，獲得正常色散的手段也引起了廣泛探討。Martin Engelbrecht等人采用了光柵對(duì)實(shí)現(xiàn)了色散補(bǔ)償，獲得了中心波長(zhǎng)1976nm、功率達(dá)4.3nJ的激光輸出。Regina Gumenyuk等人基于啁啾光纖光柵實(shí)現(xiàn)了耗散孤子輸出。Andreas Wienke等人采用在波長(zhǎng)1912nm處大數(shù)值孔徑、纖芯直徑2.7 μm的光纖實(shí)現(xiàn)了色散補(bǔ)償，獲得了 119fs的超短脈沖激光輸出。在這些方法中，基于光纖的色散管理方法便于與現(xiàn)有激光器兼容，降低了復(fù)雜性。如果將波長(zhǎng)延伸到3 μπι或4 μπι，那么光纖化的正常色散補(bǔ)償器件也很難實(shí)現(xiàn)。
[0003]光纖色散可通過(guò)改變其幾何結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)，最簡(jiǎn)單的調(diào)整波導(dǎo)色散的方式是拉錐。在中紅外波段，熔融石英在波長(zhǎng)超過(guò)2.5 μ m時(shí)吸收會(huì)嚴(yán)重加強(qiáng)，損耗加大。軟玻璃材料，如亞碲酸鹽、硫化物或ZBLAN氟化物材料，由于它們?cè)诮t外和中紅外波段有很高的傳輸特性而引起了關(guān)注。另外，ZBLAN相比于石英擁有非線性折射率，同時(shí)亞碲酸鹽特別是硫化物有著固有的強(qiáng)非線性特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有中紅外波段鎖模光纖激光器難以提高功率的缺點(diǎn)，利用ZBLAN氟化物玻璃光纖在中紅外波段具有低的傳輸損耗、大的正常群速度色散特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補(bǔ)償器件并進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。ZBLAN微納光纖通過(guò)不同程度拉錐以及采用不同折射率包層材料來(lái)設(shè)計(jì)其波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，改變波導(dǎo)色散參數(shù)，使其在中紅外波段產(chǎn)生大的正常色散，這為實(shí)現(xiàn)全光結(jié)構(gòu)中紅外高功率鎖模光纖激光器實(shí)現(xiàn)提供了可能，同時(shí)通過(guò)調(diào)控色散參數(shù)及非線性參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同孤子脈沖傳輸。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]基于ZBLAN微納光纖實(shí)現(xiàn)中紅外寬帶色散補(bǔ)償，包括一段微米至納米尺度的ZBLAN氟化物玻璃拉錐光纖以及包層材料，通過(guò)采用硼硅酸鹽玻璃、MgF2等各種不同折射率材料的包層來(lái)調(diào)控優(yōu)化我們所需的大正常色散。
[0007]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傳輸中紅外波段脈沖激光所用光纖尺寸在微納量級(jí)，為單模光纖。
[0008]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述ZBLAN拉錐光纖的纖芯直徑參數(shù)為I微米到5微米，優(yōu)選的直徑參數(shù)為I微米和3微米，優(yōu)選的包層厚度為5納米。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述設(shè)計(jì)ZBLAN波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的方法為纖芯拉錐及采用MgF2包層材料。
[0010]所述的ZBLAN氟化物玻璃微納光纖，其特征在于單模傳輸，中紅外波段傳輸損耗低，色散值較大，利于光纖耦合。
[0011]所述的基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補(bǔ)償，其特征在于通過(guò)拉錐靈活調(diào)控波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使其靈活適應(yīng)不同光纖激光器輸出要求。
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特點(diǎn)和性能做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，并構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。
【附圖說(shuō)明】
:
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補(bǔ)償器件波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的圖示。
[0014]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的空氣包層ZBLAN微納光纖在纖芯直徑1.5微米時(shí)群速度色散參量(GVD)隨波長(zhǎng)變化的圖示。
[0015]圖3為本發(fā)明第二實(shí)施例的MgF2包層ZBLAN微納光纖在纖芯直徑3微米時(shí)群速度色散參量(GVD)隨波長(zhǎng)變化的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0017]實(shí)施例1:
[0018]本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例由光纖纖芯部分(I)、包層部分(2)、一段輸入光纖(3)和一段輸出光纖(4)組成。其中，纖芯部分(I)為ZBLAN，包層部分(2)為空氣，纖芯直徑為1.5微米。該中紅外光纖色散補(bǔ)償器件的色散曲線如圖2所示。該光纖色散補(bǔ)償器的群速度色散參量(GVD)在波長(zhǎng)3微米時(shí)達(dá)4457ps2/km，3.7微米波長(zhǎng)時(shí)其值達(dá)到峰值6403ps2/km, 4微米波長(zhǎng)時(shí)達(dá)6067ps2/km。
[0019]實(shí)施例2:
[0020]圖3為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的波導(dǎo)色散曲線。該色散補(bǔ)償器的纖芯部分(I)為ZBLAN，包層部分⑵為MgF2，纖芯直徑為3微米，MgF2厚度為5納米，外包層為空氣。該光纖色散補(bǔ)償器的的GVD參量在波長(zhǎng)3微米時(shí)達(dá)344.9ps2/km，4微米波長(zhǎng)附近達(dá)到峰值674ps2/
km ο
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于ZBLAN微納光纖設(shè)計(jì)了一種中紅外寬帶色散補(bǔ)償器件，包括一段ZBLAN光纖纖芯部分(I)、包層部分(2)、一段輸入光纖(3)和一段輸出光纖(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖在中紅外波段具有大的正常色散以及很高的傳輸透過(guò)率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補(bǔ)償器件，其特征在于包層(2)材料可以是空氣，也可以是硫化物、硼硅酸鹽、MgF2等材料及它們的復(fù)合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖為階躍折射率分布型、漸變折射率型等玻璃光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖可以采用熔融拉錐等方式達(dá)到結(jié)構(gòu)要求。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的包層材料，目前采用硼硅酸鹽玻璃和MgF2，其折射率比ZBLAN略小，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的群速度色散調(diào)控。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖的包層部分(2)可以為復(fù)合結(jié)構(gòu)包層，譬如硼硅酸鹽玻璃和MgF2的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ZBLAN微納光纖色散補(bǔ)償器件，其特征在于中紅外波段大的群速度色散參量(GVD)。
【專利摘要】基于氟化物ZBLAN微納光纖實(shí)現(xiàn)一種中紅外波段寬帶色散補(bǔ)償器，包括一段輸入光纖、一段ZBLAN微納光纖和一段輸出光纖。通過(guò)合理設(shè)計(jì)微納光纖幾何結(jié)構(gòu)和數(shù)值孔徑等參數(shù)，ZBLAN微納光纖可以在2到5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)很大的正常色散，可以有效補(bǔ)償光纖鏈路的色散。同時(shí)，微納光纖的非線性參數(shù)也可以通過(guò)光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)控。由于ZBLAN微納光纖其獨(dú)特的色散特征和低損耗特性，為中紅外波段超快激光器的色散補(bǔ)償提供了一種簡(jiǎn)易方案。
【IPC分類】G02B6-02
【公開號(hào)】CN104749689
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167638
【發(fā)明人】楊青林, 繆麗麗, 唐平華, 趙楚軍
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日