一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，属于光子晶体光纤通信领域。本发明专利技术的光纤包括纤芯和包层，所述光纤由基底材料ZrF4‑BaF2‑LaF3‑AlF3‑NaF制成；所述光纤内沿着光纤轴线平行设置有多个空气孔；在光纤的横截面上：轴心处有一个空气孔，其他空气孔沿着光纤的轴心成圆心对称多层分布，每层的空气孔形成正六边形；最内层空气孔所包围的区域构成纤芯，其余外层空气孔和基底材料构成包层。本发明专利技术的光纤在轴心亚波长尺度的空气孔和包层空气孔的作用下，可以极大的改变光纤的色散特性；本发明专利技术的光纤结构简单，易于制作，实现了在2μm左右波长范围内色散平坦，可用于宽带的色散补偿。

【技术实现步骤摘要】
一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤
本专利技术属于光子晶体光纤通信领域，尤其涉及一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤。
技术介绍
在通讯系统中，我们希望得到更高的信号速率和更远的传输距离，但在长距离传输时将经历大色散。光纤色散所带来的负面影响包括脉冲干扰、时间延迟、能量衰减等，这些因素会增加传输过程中的比特差错率。这时候就需要利用色散补偿模块(DCM)来对所积累的色散进行补偿。因此，想要得到更高的信号速率和更远的传输距离，就必须尽力解决好色散补偿问题。随着通信技术的发展和人们对信息交互的强烈需求，光通信网络的迅猛发展使其容量在过去几十年中呈指数级增长，在技术上有许多突破，包括低损耗单模传输光纤、掺铒光纤放大器、波分复用等。对于长距离和大容量传输，大多数工作已经在C波段通信窗口(1530nm-1565nm)进行，其中光纤传输损耗最小，并且可以获得低噪声放大，高级调制格式信令允许在该有限带宽内有效增加容量。然而，容量传输的带宽距离积最终受光纤非线性限制。由于互联网流量呈指数级增长，今天的电信网络正在迅速推向其容量限制，引发了对潜在未来“容量紧缩”的担忧。所以现有的1.55μm波段(1530nm-1565nm)的光纤通信系统已经逼近传输容量的极限了，而解决此问题的有效手段之一是开辟新的光传输波段。随着2μm波段相关技术的飞速发展以及掺铥光纤放大器(TDFA)提供的巨大增益带宽(1.8μm-2.1μm)，2μm波段已经具备成为下一个光纤传输窗口的巨大潜力。2μm波段(1.8μm-2.3μm)光由于对二氧化碳、水等分子吸收峰很高，属于人眼安全波段，在各领域都有广泛的应用，如人眼安全的激光雷达、激光手术刀、材料加工整形、光纤传感器等。用具有较低固有材料损耗的材料是减少光通信中的衰减损耗和增加传输距离的一种方法。自1975年被发现以来，氟化物玻璃尤其是ZrF4-BaF2-LaF3-AIF3-NaF(ZBLAN)被认为是光通信中熔融石英的有前途的替代品。ZBLAN在2.5μm中红外波长的固有材料损耗小于0.01dB/km，这表明可以将通信波长转换为更长波长，损耗更低。此外，ZBLAN的传输窗口覆盖0.2-7.8μm，这对于从深紫外区到中红外区创建光学器件很有吸引力。目前的色散平坦光子晶体光纤大多数采用二氧化硅或硅作为基底材料，且色散平坦覆盖的波长范围在1550nm左右。因此，设计一种超平坦色散补偿光子晶体光纤，实现2μm左右宽带色散平坦，这对解决色散补偿问题具有十分重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种ZBLAN氟化物作为基底材料制成的超平坦色散补偿光子晶体光纤，用于2μm波段且材料损耗小，实现了在1.75μm-2.35μm波长范围内色散保持在-72.4ps/nm/km到-73.15ps/nm/km之间。本专利技术实施例提供了一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，包括纤芯和包层，所述光纤由基底材料ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF制成；所述光纤内具有沿着光纤轴线平行设置的多个空气孔；在光纤的横截面上：轴心处有一个空气孔，其他空气孔沿着光纤的轴心成圆心对称多层分布，每层的空气孔形成正六边形；最内层空气孔包围的区域构成纤芯，其余外层空气孔和基底材料构成包层。进一步地，所述最内层空气孔的直径d1相等，所述外层空气孔的直径d相等，孔间距P即全部相邻空气孔的孔心之间的距离相等。进一步地，所述轴心空气孔的直径a为0.12μm-0.72μm，所述最内层空气孔的直径d1为0.4μm-1.0μm，所述外层空气孔的直径d为0.5μm-1.5μm，所述孔间距P为1.0μm-2.0μm。进一步地，所述轴心空气孔的直径a为0.42μm，所述最内层空气孔的直径d1为0.7μm，所述外层空气孔的直径d为1μm，所述孔间距P为1.5μm。进一步地，外层空气孔为4层结构。进一步地，光纤的总直径D为12μm-24μm。进一步地，每个空气孔形成的正六边形中，任意相邻的两条边之间的交点处有一个空气孔。本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本专利技术的ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤的基底材料ZBLAN氟化物损耗低，光纤结构简单，采用传统的六边形结构，用于该结构的堆叠和拉伸工艺技术成熟，能确保光纤的高度轴向均匀性。(2)本专利技术的光纤轴心空气孔的尺度在波长量级以下，由于在轴心空气孔中空气与周围氟化物材料的折射率具有较大的折射率对比度，而在界面处光场电位移矢量的垂直分量需要连续，因此很大一部分光场能够被限制在中心低折射率空气区域，从而极大的改变光纤色散性质。(3)本专利技术的光纤实现了在1.75μm-2.35μm宽波长范围内色散保持在-72.4ps/nm/km到-73.15ps/nm/km之间，并且可通过调整轴心空气孔的直径和最内层空气孔的直径等参数实现其他波长范围的色散平坦。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1是ZBLAN氟化物玻璃的折射率随波长变化关系曲线图；图2是本专利技术实施例的ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤的二维截面；图3是本专利技术实施例中a＝0.42μm、d1＝0.7μm、d＝1μm、P＝1.5μm及有效折射率为1.3801时2μm的基模模场图；图4是本专利技术实施例中a＝0.42μm、d1＝0.7μm、d＝3μm的条件下，孔间距P不同时色散随波长变化曲线图；图5是本专利技术实施例中a＝0.42μm、d＝3μm、P＝4μm的条件下，最内层空气孔直径d1不同时色散随波长变化曲线图；图6是本专利技术实施例中d1＝0.7μm、d＝3μm、P＝4μm的条件下，轴心空气孔直径a不同时色散随波长变化曲线图；图7是本专利技术实施例中a＝0.42μm、d1＝0.7μm、d＝1μm、P＝1.5μm时，在2μm波段色散随波长变化曲线图；图8是本专利技术实施例中a＝0.46μm、d1＝0.75μm、d＝1μm、P＝1.5μm时，在3μm波段色散随波长变化曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。本专利技术实施例中一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤所用基底材料是ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF(ZBLAN)，可利用Sellmeier方程计算其折射率，Sellmeier方程如下所示：式中：nλ为折射率；λ为波长，单位为μm；fi(i＝1,2)和λi(i＝1,2)是不同材料的固有系数。本专利技术实施例中光纤所用基底材料ZBLAN玻璃对应的四个系数分别为：f1＝1.168，f2＝2.77，λ1＝0.0954μm，λ2＝25μm。它的折射率随波长变化曲线如图1所示。本专利技术实施例所用的ZBLAN氟化物基底材料的非线性折射率系数高达2.1×10-20m2/W，且由于本专利技术实施例中光纤的结构可变，可通过调节其结构参数来调节它的色散、非线性系数、群速度等，从而达到符合要求的光纤结构。本专利技术实施例中的一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，它的二维截面图如图2所示，包括纤芯和包层，光纤由基底材料ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF制成；所述光纤内具有沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，包括纤芯和包层，其特征在于，所述光纤由基底材料ZrF4‑BaF2‑LaF3‑AlF3‑NaF制成；所述光纤内沿着光纤轴线平行设置有多个空气孔；在光纤的横截面上：轴心处设有一个空气孔，其他空气孔沿着光纤的轴心成圆心对称多层分布，每层的空气孔形成正六边形；最内层空气孔所包围的区域构成纤芯，其余外层空气孔和基底材料构成包层。

【技术特征摘要】
1.一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，包括纤芯和包层，其特征在于，所述光纤由基底材料ZrF4-BaF2-LaF3-AlF3-NaF制成；所述光纤内沿着光纤轴线平行设置有多个空气孔；在光纤的横截面上：轴心处设有一个空气孔，其他空气孔沿着光纤的轴心成圆心对称多层分布，每层的空气孔形成正六边形；最内层空气孔所包围的区域构成纤芯，其余外层空气孔和基底材料构成包层。2.根据权利要求1所述的一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，其特征在于，所述最内层空气孔的直径相等，所述外层空气孔的直径相等，孔间距即全部相邻空气孔的孔心之间的距离相等。3.根据权利要求2所述的一种ZBLAN氟化物超平坦色散补偿光子晶体光纤，其特征在于，所述轴心空气孔的直径为0.12μm-0.72μm，所述最内层空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄田野，魏倩，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42