一种用于可调波长转换的光纤结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于可调波长转换的光纤结构，包括包层，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层内，包层内侧与第一纤芯和第二纤芯之间填充有二氧化硅，第一纤芯包括其中均填充有掺杂的二氧化硅的内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯，第二纤芯包括其中均填充有掺杂的二氧化硅的里层纤芯和表层纤芯，内层纤芯、外层纤芯和中层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度依次减小，里层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度小于表层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度，第一纤芯中通入的是泵浦光，第二纤芯中通入的是高频脉冲光。本实用新型专利技术利用高频脉冲光控制光纤中的三次谐波过程从而使基于光纤的三次谐波光的带宽大、波长可变、实际应用灵活。

An optical fiber structure for tunable wavelength conversion

The utility model provides an optical fiber structure for adjustable wavelength conversion, including a cladding, a first fiber core and a second fiber core in the cladding layer. The inside of the cladding is filled with silicon dioxide between the first fiber core and the second fiber core, and the first core comprises an inner layer core and a middle layer of fiber filled with doped silica. Core and outer core, the second core consists of the inner layer core and the surface fiber core filled with doped silica. The volume percentage concentration of silica doped in the inner core, the outer core and the medium core decreases in turn. The volume percentage concentration of the silica doped in the core is less than that in the surface fiber core. The volume percentage concentration of silica is doped. The first core is pumped by the pump, and the second core is pulsed by high frequency light. The utility model uses high frequency pulse light to control the three harmonic processes in the optical fiber, so that the three times harmonic wave based on the optical fiber has large bandwidth, variable wavelength and flexible practical application.

【技术实现步骤摘要】
一种用于可调波长转换的光纤结构
本技术涉及光纤中的三次谐波相位匹配
，尤其涉及一种用于可调波长转换的光纤结构。
技术介绍
自从激光器诞生以来，非线性谐波效应一直是一个重点研究课题，受到人们的广泛关注。利用该效应，可获得更多新波段激光谱线，把已有的激光器推广到波长更短的谱线范围。其中，光纤中三次谐波效应因其难以捉摸的量子效应而受到了广泛的关注，三次谐波可以用来产生短波长光，如紫外光，即利用高次谐波效应而由基频光产生新波段的激光。由于三次谐波的功率是入射泵浦功率的三次函数，这种三次关系有助于利用三次谐波效应而实现显微镜扫描检查、光学性能监控、材料处理和信号处理等技术。然而，高效的三次谐波过程需要满足相位匹配条件，还需要高非线性系数、低传波损耗、合适的材料等等，其中相位匹配条件至关重要，只有满足了相位匹配条件，才有可能实现较为有效的三次谐波过程。传统光纤中，由于相位匹配条件难以满足，因此传统光纤中的三次谐波转换效率很低。为了提高光纤中的三次谐波转换效率，南安普顿大学的研究人员通过模间相位匹配技术实现泵浦波和三次谐波的相位匹配，提高了三次谐波的转换效率。2011年，弗罗茨瓦夫大学的研究人员提出在光纤中加入折射率光栅结构，可以应用准相位匹配技术实现三次谐波非线性过程中的相位匹配。通过仿真得出光栅必须满足非线性准相位匹配条件从而实现最优三次谐波转换效率的结论。同样为了实现相位匹配，南洋理工大学三光子研究小组在二氧化硅光纤中掺杂高浓度锗，通过掺杂锗实现泵浦波基模与三次谐波高阶模之间的相位匹配。在实现高效的三次谐波的过程中，虽然研究人员找出了大量的相位匹配的方法来实现三次谐波，但依旧存在缺陷，针对于每一个三次谐波过程中，泵浦光的波长和三次谐波光的波长都是固定的，实际应用不灵活。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供了一种利用高频脉冲光控制光纤中的三次谐波过程而实现基于光纤的三次谐波光的带宽大、波长可变的用于可调波长转换的光纤结构。本技术的实施例提供一种用于可调波长转换的光纤结构，包括位于最外面的包层，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层内，所述包层内侧与所述第一纤芯和所述第二纤芯之间填充有二氧化硅，所述第一纤芯由内至外依次包括内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯，所述第二纤芯由内至外依次包括里层纤芯和表层纤芯，所述内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯以及所述里层纤芯和所述表层纤芯其中均填充有掺杂的二氧化硅，所述内层纤芯、外层纤芯和中层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度依次减小，所述里层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度小于所述表层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度，所述第一纤芯中通入的是泵浦光，所述第二纤芯中通入的是高频脉冲光。进一步地，大部分所述高频脉冲光在所述表层纤芯中传播，少量所述高频脉冲光在所述里层纤芯中传播，部分所述高频脉冲光溢出所述表层纤芯在所述包层中传播；大部分泵浦光在所述外层纤芯中传播，少量泵浦光在所述中层纤芯中传播，部分泵浦光溢出所述外层纤芯在所述包层中传播；由泵浦光和所述高频脉冲光在三次谐波过程中产生的大部分三次谐波光在所述内层纤芯中传播，小部分三次谐波光在所述中层纤芯中传播。进一步地，当ψ＝Δβ+(2γ31-3γ11)P1+(γ33-6γ13)P3+(2γ30-6γ10)P0＝0时，泵浦光的基模和三次谐波光的基模之间相位匹配，其中P1是泵浦光的功率，P0是高频脉冲光的功率，P3是三次谐波光的功率，Δβ为线性相位失配，γ31是泵浦光和三次谐波光的交叉相位调制强度，γ11是泵浦光的自相位调制强度，γ33是三次谐波光的自相位调制强度，γ13是三次谐波光和泵浦光的交叉相位调制强度，γ30是高频脉冲光和三次谐波光的交叉相位调制强度，γ10是高频脉冲光和泵浦光的交叉相位调制强度。进一步地，线性相位失配为：其中Re表示实部，λ1和λ3分别表示泵浦光的波长和三次谐波光的波长，neff1和neff3分别表示泵浦光和三次谐波光的有效折射率。进一步地，所述掺杂的二氧化硅中掺入的杂质为二氧化锗。进一步地，所述内层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度等于所述表层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度，所述中层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度等于所述里层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度。进一步地，所述内层纤芯、外层纤芯和中层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度依次为40％、20％、10％；所述里层纤芯和所述表层纤芯中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度分别为10％和40％。进一步地，所述包层的半径为62.5μm，所述外层纤芯的半径为2.5-6μm，所述中层纤芯的半径为1-2.5μm，所述内层纤芯的半径为0.3-1μm，所述表层纤芯的半径为2.5-6μm，所述里层纤芯的半径为0.3-1μm，所述第一纤芯和所述第二纤芯之间的圆心距为5.5-15μm。进一步地，所述外层纤芯、所述中层纤芯和所述内层纤芯的半径依次为3μm、1.5μm和0.4μm，所述表层纤芯和所述里层纤芯的半径分别为3μm和1.5μm，所述第一纤芯和所述第二纤芯之间的圆心距为6.6μm。本技术的实施例提供一种用于可调波长转换的光纤结构，包括位于最外面的包层，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层内，所述包层内侧与所述第一纤芯和所述第二纤芯之间具有填充物，所述第一纤芯由内至外依次包括内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯，所述第二纤芯由内至外依次包括里层纤芯和表层纤芯，所述内层纤芯、外层纤芯、中层纤芯和所述包层中的填充物的折射率依次减小，所述包层中的填充物的折射率小于所述里层纤芯的折射率小于所述表层纤芯的折射率，所述第一纤芯中通入的是泵浦光，所述第二纤芯中通入的是高频脉冲光。本技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)所述第一纤芯中的泵浦光和所述第二纤芯中的高频脉冲光相互作用，使得泵浦光的基模和三次谐波光的基模在所述第一纤芯中实现相位匹配，提高了三次谐波的转换效率；(2)通过控制所述第二纤芯中传输的高频脉冲光的波长和功率，来调节在所述第一纤芯中进行的三次谐波过程，从而使泵浦光的波长和三次谐波光的波长可调、可变换，使实际应用更灵活；(3)本技术可适当的调整泵浦光、三次谐波光和高频脉冲光的波长来实现多种波长的三次谐波过程，且带宽大。附图说明图1是本技术用于可调波长转换的光纤结构的截面示意图；图2是本技术用于可调波长转换的光纤结构处于三次谐波过程时的示意图；图3为三次谐波光的功率随光纤传播距离变化的曲线图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本技术的实施例提供了一种用于可调波长转换的光纤结构，包括位于最外面的包层30，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层30内。所述包层30内侧与所述第一纤芯和所述第二纤芯之间填充有二氧化硅，所述第一纤芯包括其中均填充有掺杂的二氧化硅的内层纤芯12、中层纤芯11和外层纤芯10，所述内层纤芯、中层纤芯和所述外层纤芯由内至外依次设置，且所述掺杂的二氧化硅中掺入的杂质为二氧化锗。所述内层纤芯12、外层纤芯10和中层纤芯11中的二氧化硅掺杂的体积百分比浓度依次减小，本实施例中，所述内层纤芯12、外层纤芯10和中层纤芯11中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可调波长转换的光纤结构，其特征在于：包括位于最外面的包层，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层内，所述包层内侧与所述第一纤芯和所述第二纤芯之间填充有二氧化硅，所述第一纤芯由内至外依次包括内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯，所述第二纤芯由内至外依次包括里层纤芯和表层纤芯，所述内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯以及所述里层纤芯和所述表层纤芯中均填充有掺杂的二氧化硅，所述内层纤芯、外层纤芯和中层纤芯的折射率依次减小，所述表层纤芯和里层纤芯的折射率依次减小，所述第一纤芯中通入的是泵浦光，所述第二纤芯中通入的是高频脉冲光。

【技术特征摘要】
1.一种用于可调波长转换的光纤结构，其特征在于：包括位于最外面的包层，一第一纤芯和一第二纤芯位于所述包层内，所述包层内侧与所述第一纤芯和所述第二纤芯之间填充有二氧化硅，所述第一纤芯由内至外依次包括内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯，所述第二纤芯由内至外依次包括里层纤芯和表层纤芯，所述内层纤芯、中层纤芯和外层纤芯以及所述里层纤芯和所述表层纤芯中均填充有掺杂的二氧化硅，所述内层纤芯、外层纤芯和中层纤芯的折射率依次减小，所述表层纤芯和里层纤芯的折射率依次减小，所述第一纤芯中通入的是泵浦光，所述第二纤芯中通入的是高频脉冲光。2.如权利要求1所述的用于可调波长转换的光纤结构，其特征在于：大部分所述高频脉冲光在所述表层纤芯中传播，少量所述高频脉冲光在所述里层纤芯中传播，部分所述高频脉冲光溢出所述表层纤芯在所述包层中传播；大部分泵浦光在所述外层纤芯中传播，少量泵浦光在所述中层纤芯中传播，部分泵浦光溢出所述外层纤芯在所述包层中传播；由泵浦光和所述高频脉冲光在三次谐波过程中产生的大部分三次谐波光在所述内层纤芯中传播，小部分三次谐波光在所述中层纤芯中传播。3.如权利要求2所述的用于可调波长转换的光纤结构，其特征在于：当ψ＝Δβ+(2γ31-3γ11)P1+(γ33-6γ13)P3+(2γ30-6γ10)P0＝0时，泵浦光的基模和三次谐波光的基模之间相位匹...

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