一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法。该方法包括以下步骤：提供一根具有适当色散特性的微纳光纤；将该微纳光纤恰当地封装在具有一定密封性和机械强度的盒子里；将封装好的微纳光纤熔接在光纤光路的所需位置。本发明专利技术提出的色散管理和啁啾补偿方法利用了微纳光纤独特的色散特性和传输损耗极低的特点，并且便于和普通光纤熔接的优点。该方法与当前所用的光纤技术完全兼容，可以在较大范围内调节系统的色散，达到色散管理和啁啾补偿的目的。

A dispersion management and chirp compensation method based on micro nano fiber

The invention relates to a dispersion management and chirp compensation method based on micro nano optical fiber. The method comprises the following steps: providing a micro nano optical fiber with proper dispersion characteristics; encapsulating the micro nano optical fiber in a box with a certain sealing and mechanical strength; and encapsulating the micro nano optical fiber into the required position of the optical fiber path. The dispersion management and the chirp compensation method of the invention make use of the unique dispersion property of the micro nano fiber and the low transmission loss, and facilitate the connection with the common optical fiber. The method is fully compatible with the currently used optical fiber technology, and can adjust the dispersion of the system in a large range, so as to achieve dispersion management and chirp compensation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法
本专利技术属于超快激光技术及光的色散补偿
，特别涉及一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法以及和飞秒激光器制作方法。
技术介绍
光纤飞秒激光器具有成本低、结构紧凑、操作简单、光束质量好、稳定性高、对环境要求低等诸多突出的优点，在材料加工、生物医学学成像、精密测量、大型设备同步等许多重要的领域都有广泛的应用。通过调节激光谐振腔里的总色散可以改变激光器的工作区域，产生性能不同的飞秒脉冲，比如负色散区域的sech型孤子型脉冲，零色散附近的高斯型展宽脉冲，和全正色散时光谱近似为矩形的脉冲。除了时域波形与光谱形状，激光器谐振腔的总色散对激光器的最大单脉冲能量以及噪声性能都着重要的影响，这对大型设备同步、精密测量等应用场合是非常重要的。对于通讯波段，普通单模光纤是负色散，而掺铒光纤可以是正色散，色散管理与啁啾补偿很方便。但是对于1微米波段，单模光纤和掺Yb的增益光纤均为正色散光纤，而对于2微米波段，单模光纤和Tm掺杂或Tm:Ho共掺光纤，均为负色散光纤，难以通过改变光纤的长度来实现色散从正到负的调节。目前，在掺Yb光纤锁模激光器和Tm掺杂或Tm:Ho共掺光纤锁模激光器中，常用的色散调节方法有：(1)棱镜/棱镜对：一般用棱镜/棱镜对可以提供负的二阶色散，这在自由空间的钛宝石激光中用的非常普遍；(2)光栅/光栅对：光栅有很强的色散，可以用自由空间或光波导中的光栅/光栅对来提供很大的正色散或者负色散；(3)啁啾镜：在平面反射镜表面镀有特殊设计的多层膜，也可以实现色散的补偿。(4)Gires-Tournois干涉仪:利用干涉仪的反射特性，改变入射角可以调节干涉仪的色散。这几种方法除了啁啾光纤光栅外，其他的方法都通过在自由空间光路实施，这与光纤系统不兼容，调节起来不够方便，降低了光纤系统原有的机械稳定性；(5)特殊结构的光纤：文献中还可以看到有利用特殊设计的光纤结构，如空心/实心结构的光子晶体光纤，大数值孔径光纤等等特殊结构的光纤来补偿色散。但是一般这些光纤与光纤器件的尾纤不兼容，模场匹配较差，往往对熔接技术有特殊的要求，且熔接损耗较高；(6)利用少模光纤的高阶模式：普通光纤中的模式通过普通光纤中的长周期光纤光栅可以耦合到少模光纤中的高阶模式，利用高阶模式的传播特性可以实现全光纤结构的色散补偿。但此方法需要额外的长周期光纤光栅，增加了系统的复杂度。由于上述方法各有缺点，从实用的角度考虑，有必要给出一种简单、稳定、方便、可靠，与现有光纤系统完全兼容的技术，来实现光纤飞秒激光器谐振腔内色散管理以及腔外啁啾补偿的方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，由普通光纤拉制而成的微纳光纤具有独特的色散特性，在直径不同时，它在所需波段可以产生较强的正色散或负色散，从而实现色散调节和啁啾补偿的目的；本专利技术制作工艺简单，所需的光纤与现有光纤系统完全兼容，插入损耗很低，熔接损耗可忽略不计，随着设计参数的不同，可以在所需波段提供所需要的色散，比如1微米波段提供较大的负色散，或2微米波段提供较大的正色散，这对超快光纤激光器腔内的色散调节，及腔外的脉冲压缩均有很大的实用价值。具体地，本专利技术利用特定的制作方法，比如熔融拉锥法，得到一定设计参数的微纳光纤，它通过尾纤与普通光纤或者增益光纤可以实现极低损耗的熔接。通过拉制不同直径和长度的微纳光纤，可以在较大范围内调整微纳光纤所提供的色散。此微纳光纤用于超快激光器谐振腔内，可以调节超快激光器锁模状态的工作区(包括负色散的孤子区、近零色散的展宽脉冲区，及正色散区)。用于激光器腔外的输出端，可以补偿啁啾，实现超短脉冲的压缩或展宽。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，设计所需微纳光纤的直径和长度，制作微纳光纤，并对其进行封装，在需要色散管理的部分将微纳光纤与光纤及光纤器件的尾纤熔接，实现色散管理和啁啾补偿。该方法具体包括以下步骤：(1)设计：通过数值计算的方法，设计微纳光纤的几何参数，获得所需微纳光纤的长度与直径。具体来讲，一种典型的设计方法如下：通过有限元法(如ComsolMultiphysics软件)或其他光学波导模式计算方法，得到不同直径微纳光纤的二阶色散曲线，如图1所示。选取在特定波段具有正色散或者负色散的直径范围，得到大致的二阶色散值。根据此二阶色散值以及所需补偿的总色散量，来计算得到所需微纳光纤的长度。比如图1中，1.06微米波段，微纳光纤直径为1到2微米时，二阶色散值在-150ps2/km到-50ps2/km范围内。可选取微纳光纤的直径为1.5微米，二阶色散值为-140ps2/km。所需补偿的总色散量为0.02ps2(对应1米长的HI1060光纤的总色散量)，那么所需1.5微米直径的微纳光纤长度约15cm。(2)拉锥：去除光纤表面涂覆层，并将光纤两端固定于夹具之上。利用高温热源加热裸露的光纤区域，并将光纤向两端拉伸。拉伸过程中，高温热源往复移动，增大加热区域。拉伸后的光纤由拉锥过渡区和微纳光纤区组成；然后利用一定的色散测量装置来检测微纳光纤的二阶色散是否达到设计要求。其中，光纤为普通单模或者多模光纤。高温热源为丁烷或异丁烷-氧气火焰、氢氧焰、CO2激光器、高压电弧，或高温陶瓷加热器，温度在400℃-1000℃。(3)封装：将制备好的微纳光纤恰当地封装在特殊设计的盒子中。在封装过程中，需保证微纳光纤和拉锥过渡区都在盒子之内。盒子应具有一定的气密性和防灰功能，并且保证微纳光纤色散补偿器件的机械强度。(4)接入：将经过上述步骤得到的封装好的微纳光纤接入到所需的位置。利用常用的光纤熔接设备，以及常用的光纤熔接技术，即可实现微纳光纤在光纤系统中低损耗的接入。本专利技术中，微纳光纤由一段或多段均匀直径的微纳光纤构成，或者，由一段或多段渐变直径的微纳光纤构成。微纳光纤的直径在500nm到10μm的范围内，长度在1cm到10m的范围内。微纳光纤通过渐变拉锥实现与普通单模光纤的不间断相连。本专利技术可通过调整制备微纳光纤的工艺参数，以获得不同色散特性的微纳光纤，改变微纳光纤提供的色散值；通过调整与微纳光纤相连的普通光纤或光纤器件尾纤的长度，以调节微纳光纤与普通光纤的总色散值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用普通光纤拉锥，无需采用特种光纤。即通过普通光纤的拉锥技术，就可以获得具有色散补偿功能的微纳光纤。2、本专利技术所采用的微纳光纤在拉锥结束后，可以与普通光纤的尾纤不间断相连，这保证了极高的光学传输效率以及后续与普通光纤极低的熔接损耗，器件的总插入损耗极低。3、本专利技术所采用的与普通光纤低损耗连接的微纳光纤，在调节色散时可以通过改变制备微纳光纤的工艺参数，和调整所熔接的普通光纤长度来实现。附图说明图1是不同直径微纳光纤在1微米附近的二阶色散图。图2是不同直径微纳光纤在2微米附近的二阶色散图。图3是本专利技术的实施例1中微纳光纤用于调节掺Yb光纤飞秒激光器腔内色散的示意图。图4是根据图3所得到的光谱图。图5是本专利技术的实施例2中微纳光纤用于调节掺Yb光纤飞秒激光器腔外色散的示意图。图6是根据图5的脉冲压缩前后的干涉自相关迹。具体实施方式下面结合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，设计所需微纳光纤的直径和长度，制作微纳光纤，并对其进行封装，在需要色散管理的部分将微纳光纤与光纤及光纤器件的尾纤熔接，实现色散管理和啁啾补偿。

【技术特征摘要】
1.一种基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，设计所需微纳光纤的直径和长度，制作微纳光纤，并对其进行封装，在需要色散管理的部分将微纳光纤与光纤及光纤器件的尾纤熔接，实现色散管理和啁啾补偿。2.根据权利要求1所述基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，根据不同微纳光纤的二阶色散谱，选取合适直径的微纳光纤，并根据待补偿的总色散量，算出所需微纳光纤的长度。3.根据权利要求1所述基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，所述微纳光纤由一段或多段均匀直径的微纳光纤构成，或者，由一段或多段渐变直径的微纳光纤构成。4.根据权利要求1或3所述基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，所述微纳光纤的直径在500nm到10μm的范围内，长度在1cm到10m的范围内。5.根据权利要求1所述基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，微纳光纤通过渐变拉锥与普通单模光纤不间断相连。6.根据权利要求1所述基于微纳光纤的色散管理与啁啾补偿的方法，其特征在于，所述微纳光纤采用熔融拉锥法制作，步骤如下：去...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宇航，童利民，王利镇，许培臻，韩济泽，郭欣，
申请(专利权)人：清华大学，浙江大学，
类型：发明
国别省市：北京,11