一种宽带色散控制光纤及其色散控制方法技术

本发明专利技术公开了一种宽带色散控制光纤及其色散控制方法，包括芯区和包层，芯区和包层的横截面形状为圆形或椭圆形，芯区和包层为同轴设置，芯区材料的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，1.15≤n1/n2≤1.5。本发明专利技术控制参数少，色散平坦区域带宽大，色散平坦特性好。芯区和包层材料优选硫系材料，具有更高的线性折射率，从而具有更高的非线性折射率；化学稳定性高；玻璃转变温度低，易于成型，制作简单；具有较好的红外透过性能，透明区域大。本发明专利技术应用广泛，如宽带光源：超连续谱产生器、频率梳产生器、锁模多波长光源；光纤激光器：波长可调谐激光器、光参量振荡器、飞秒激光器。

A wide-band dispersion controlled optical fiber and its dispersion control method

The invention discloses a broadband dispersion control optical fiber and dispersion control method, including the core and the cladding, the core and the cladding of the cross-section shape is round or oval, the core and the cladding is arranged coaxially, refraction of the core material was N1, refractive index of cladding material was N2, 1.15 = n1/n2 = 1.5. The invention has few control parameters, high bandwidth in the flat dispersion area and good dispersion flatness. The core and cladding material is chalcogenide material, which has higher linear refractive index, and has higher nonlinear refractive index. It has high chemical stability, low glass transition temperature, easy molding and simple fabrication, and has good infrared transmittance and large transparent area. The invention is widely applied, such as broadband light source: supercontinuum generator, frequency comb generator, mode-locked multi wavelength light source, fiber laser: wavelength tunable laser, optical parametric oscillator and femtosecond laser.

【技术实现步骤摘要】
一种宽带色散控制光纤及其色散控制方法
本专利技术涉及光纤
，更具体地，涉及一种宽带色散控制光纤及其色散控制方法。
技术介绍
色散是指当一束光脉冲在波导中传输时，不同频率的光传播速度不同，导致脉冲展宽的现象。实现光纤结构型中的色散控制一直以来都是人们研究的重点，因为其色散控制特性是许多非线性应用的基础。比如，实现宽谱的近零色散平坦区可以减小相互作用光波的相位失配，进而增强非线性效率。如果可以在一个很宽的波段保持较低的色散，许多非线性应用如超短脉冲的操控、倍频程光源的制作(超连续谱和频率梳的产生)、高带宽信号的传输处理将变得可能[1]；实现宽谱的正常色散区平坦有利于实现高功率脉冲光的压缩[2]。现有的常用来实现色散控制特性的光纤结构主要是基于石英材料的光子晶体光纤。光子晶体光纤又称微结构光纤或多孔光纤，其沿光纤轴向按照一定规律分布着一系列空气孔。通过合理设计横向结构改变波导色散，可以获得具有高非线性系数和不同色散特性的光子晶体光纤。光子晶体光纤虽然有更多的参数(自由度)用于色散控制，但往往因结构复杂而在加工上存在难度。如北京邮电大学公开的公开号为CN102401934A的专利中，需设计多种空气孔直径及孔间距等多个尺寸，在光纤拉制过程精确控制这些尺寸才可实现色散平坦效果[3]。此外，还有其他多层折射率分布结构的光纤，比如三星电子株式会社的公开号为CN1421713A的中国专利，具有三层折射率分布，且第二层具有从内部圆周向外部圆周呈递增变化的折射率分布[4]。公开号为CN1448743A，名称为色散控制光纤的三星电子株式会社申请的中国专利，具有四层不同折射率分布的区域，且该专利中所述的上纤芯具有从外周的折射率N2增加到内周的折射率N1的折射率分布[5]。上述两种多层结构的光纤虽也可用于色散控制，但相对于本专利技术的两层结构更加复杂，且均未能在更宽的中红外光谱区(2.5um-25um)也实现色散平坦控制。[参考文献][1]MulvadHCH,GaliliM,LK,etal.Demonstrationof5.1Tbit/sdatacapacityonasingle-wavelengthchannel[J].OpticsExpress,2010,18(2):1438-1443。[2]陈晓伟,朱毅,刘军,等.飞秒激光脉冲在正色散固体材料中的自压缩[J].物理学报,2005,54(11):5178-5183。[3]公开号为CN102401934A，公开日为20120404，名称为色散平坦光子晶体光纤的中国专利技术专利申请文献。[4]公开号为CN1421713A，公开日为20030604，名称为宽带色散控制光纤的中国专利申请文献。[5]公开号为CN1448743A，公开日为20031015，名称为色散控制光纤的中国专利文献。[6]EggletonBJ,Luther-DaviesB,RichardsonK.Chalcogenidephotonics[J].Naturephotonics,2011,5(3):141-148。[7]曹莹,聂秋华,徐铁峰,等.GeSbSSe玻璃系统光学特性与结构[J].光子学报,2010,39(7):1153-1157。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术提供一种宽带色散控制光纤，具有两层结构，每层内折射率均匀，横截面为圆形或椭圆形，加工时控制的参数更少。芯区包层折射率对比度大，色散平坦区域带宽大，色散平坦特性好。若采用优选例硫系材料则具有更高的线性折射率和非线性折射率，具有丰富的非线性效应，化学稳定性高；玻璃转变温度低，易于成型，制作简单；具有较好的红外透过性能，透明区域大。可用于实现中红外波段的宽带相干光源，解决中红外波段高质量宽带激光光源的科学难题。本专利技术提出的一种宽带色散控制光纤，包括芯区和包层，所述芯区和包层的横截面形状为圆形或椭圆形，所述芯区和包层为同轴设置，芯区材料的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，1.15≤n1/n2≤1.5。进一步讲，所述芯区材料和所述包层材料至少包括GexSbySz、GexSbySez、AsxSey、AsxSy、GexAsySez、GexAsySz、GexSey、GexSeyTez、TexAsySez、GexAsyTez、AsxSyTlz、GexSyTlz、GexGaySz、GexLaySz、GexAsySezTek、GexAsySzSek、GexAsySzTek、GexSbySzSek、ZBLAN，其中，x,y,z,k表示各元素所占的原子百分比，且x+y+z+k＝100.本专利技术提出一种高折射率对比度光纤的色散控制方法，只要满足本专利技术的宽带色散控制光纤的结构和芯区、包层的折射率对比度要求，就可进行色散控制。首先，由预设的光纤的一组结构尺寸参数和芯区材料折射率n1与包层材料折射率n2，计算得到一条色散曲线；然后，通过调整芯区半径、包层厚度、椭圆度中的一个或多个参数，从而实现色散控制，即：通过调整光纤的横截面参数，实现色散控制，包括：针对横截面形状为圆形的光纤通过调整芯区半径和包层厚度中的一个或两个参数；针对横截面形状为椭圆形的光线，通过调整芯区长轴的长度、椭圆度和包层厚度中的一个或多个参数；其中：通过增大芯区半径尺寸，使得色散曲线上移；通过增大包层厚度尺寸，使得色散曲线凹陷幅度增大；调整椭圆度，基模色散曲线几乎不受影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)控制参数少。由于本专利技术采用芯区和包层两层的同轴设计，若横截面为圆形，加工时只需控制芯区半径、包层半径两个参数；若横截面为椭圆形，加工时只需控制芯区半径、包层半径、椭圆度三个参数。(2)由于本专利技术芯区折射率n1与包层材料折射率n2的比值满足1.15≤n1/n2≤1.5，色散平坦区域带宽大，色散平坦特性好。(3)本专利技术中，芯区和包层材料优选Ge-Sb-S、Ge-Sb-Se、As-Se、As-S、Ge-As-Se、Ge-As-S等硫系材料，相对现有技术中选取的材料具有更高的线性折射率，根据米勒经验规则，硫系材料具有更高的非线性折射率[6]；化学稳定性高；玻璃转变温度低，易于成型，制作简单；具有较好的红外透过性能，透明区域大。硫化物玻璃的红外截止波长约为11um，硒化物玻璃的红外透过极限波长约在15um附近[7]。选用硫系材料，可用于实现中红外波段的宽带相干光源，解决中红外波段高质量宽带激光光源的科学难题。(4)本专利技术应用广泛。宽带光源：超连续谱产生器、频率梳产生器、锁模多波长光源；光纤激光器：波长可调谐激光器、光参量振荡器、飞秒激光器。附图说明图1是本专利技术宽带色散控制光纤为圆形横截面的结构示意图，其中，R1为芯区半径，R2为包层半径，R2-R1为包层厚度；图2是本专利技术宽带色散控制光纤为椭圆形横截面的结构示意图，其中，2a1为芯区长轴长，2b1为芯区短轴长，2a2为包层长轴长，2b2为包层短轴长；图3是本专利技术实施例1零色散附近的色散平坦示意图；图4是本专利技术实施例1正常色散区的色散平坦示意图；图5是本专利技术实施例1反常色散区的色散平坦示意图；图6是本专利技术实施例1固定包层厚度，变化芯区半径进行色散控制示意图；图7是本专利技术实施例1固定芯区半径，变化包层厚度进行色散控制示意图；图8是本专利技术实施例3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带色散控制光纤，包括芯区和包层，所述芯区和包层的横截面形状为圆形或椭圆形，芯区材料的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，其特征在于：所述芯区和包层为同轴设置，1.15≤n1/n2≤1.5。

【技术特征摘要】
1.一种宽带色散控制光纤，包括芯区和包层，所述芯区和包层的横截面形状为圆形或椭圆形，芯区材料的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，其特征在于：所述芯区和包层为同轴设置，1.15≤n1/n2≤1.5。2.根据权利要求1所述宽带色散控制光纤，其特征在于，所述芯区材料和所述包层材料至少包括：AsxSey、AsxSy、GexSey，其中，x,y表示各元素所占的原子百分比，且x+y＝100；GexSbySz、GexSbySez、GexAsySez、GexAsySz、GexSeyTez、TexAsySez、GexAsyTez、AsxSyTlz、GexSyTlz、GexSyBiz、GexGaySz、GexLaySz，其中，x,y,z表示各元素所占的原子百分比，且x+y+z＝100；GexAsySezTek、G...

【专利技术属性】
技术研发人员：张林，张远航，李桂芳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12