一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺，该制备工艺以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，石英毛细棒的直径与石英毛细管的外径一致，形成正六边形的堆栈体；将石英外套管套于堆栈体外，并在最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺寸的石英结构支撑毛细棒，得到光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝过程中在由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意选择一圈石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的两根石英毛细管进行独立分压控制；优点是得到的光纤具有高非线性、小模场面积、色散可调、可传输线偏振光、双折射，且双折射率可调。

【技术实现步骤摘要】
一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺
本专利技术涉及一种光纤及其制备技术，尤其是涉及一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺。
技术介绍
高非线性光纤是特种光纤的一种，其在非线性光纤器件领域有着广泛应用。传统的单模光纤(SMF-28)的非线性系数为0.78W-1km-1，而通过对纤芯掺杂高浓度的锗提高纤芯及包层的折射率差值，并同时缩小纤芯的有效模场面积，这一方式实现的高非线性光纤，其非线性系数与传统的单模光纤相比，只能提高一个数量级。高非线性光子晶体光纤，或高非线性微结构光纤，由于光被包层周期性的微米量级的空气孔阵列限制在纤芯中，因此纤芯及包层的有效折射率差值远远高于通过对纤芯掺杂调制材料获得的纤芯及包层的折射率差值；由于数值孔径的提高，因此高非线性光子晶体光纤可以采用非常小的纤芯设计，进一步减小了光学模式有效模场面积，非线性系数是传统的单模光纤的几十至几百倍；由于结构的灵活性，因此高非线性光子晶体光纤的色散在相当大的范围内可调，适当地调整光纤的结构参数即可以获得较平坦的色散特性，或将光纤零色散点向短波蓝移。具有高非线性系数和可控的色散特性的高非线性光子晶体光纤已被广泛应用于光通信、超连续光源、光相干层析及光频率测量等领域。另一方面，保偏光纤已被广泛应用于航天航空、工业制造、无人驾驶、通信等多个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。目前，可以实现较高双折射参数的保偏光纤有如中国公告的专利技术专利“一种高双折射保偏光纤”(专利号：ZL201610129210.X)，其包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔，有益效果在于通过在保偏光纤中设置对应的气孔，构成气孔与应力区相结合的保偏光纤结构，使得光纤既具备单模传输和一般高双折射光纤特性，又具备较高的双折射特性和较强的外界压力敏感特性，可适于光纤通信器件及传感领域的应用，并使应用领域得到进一步拓宽。该高双折射保偏光纤是一种双应力、双边孔并带椭圆纤芯结构的设计，其可实现双折射参数大于10-3，但是该高双折射保偏光纤无法满足所有应用需求，例如光纤高非线性的要求，其存在的问题有：(1)因其具有大内应力结构，因此利用其进行光传输时易受外界环境影响；(2)单模情况下模场面积、色散、非线性系数等参数都无法灵活调整；(3)其需要三种石英材料，掺杂制备应力区成本高，良品率低；(4)椭圆纤芯结构在边空的存在下，难以在拉丝过程中保持，易造成光纤轴向的不均匀，导致光纤损耗增加。光子晶体光纤以其灵活的结构设计、大范围的参数可调整能力，目前在特种光纤应用领域已引起了广泛关注，通过光子晶体光纤特殊结构设计，以往难以实现的光纤参数需求问题都被很好地解决。目前获得高非线性光纤的主流技术就是光子晶体光纤，所以，基于光子晶体光纤的结构设计，理论上可以获得既具有高保偏性能又具有高非线性的光纤。而具有保偏性能的高非线性光子晶体光纤，由于光纤设计和制备流程复杂，需要在预制棒堆栈过程中，引入纤芯的不对称设计。目前可查到的设计方案有：中国公开的专利技术专利申请“一种高双折射高非线性低限制损耗光子晶体光纤”(申请号：201510105137.8)和中国公开的专利技术专利申请“一种新型高双折射高非线性光子晶体光纤”(申请号：201510003347.6)。这两种方案的光纤结构都难以实际制备，仅仅存在理论上的可能性：(1)201510105137.8中的微结构光纤空芯均为椭圆形，在实际光纤预制棒高温熔融状态下，在表面张力的作用下，微结构孔洞无法维持椭圆形状态，因此这一结构的光纤不具备实际制备的可能性；(2)201510003347.6中的光纤设计具有多种不同孔径的微结构空气孔，在实际光纤制备中，对于超过三种以上空气孔尺寸的微结构，需要逐一分压控制，制备难度极大；(3)201510003347.6中光纤纤芯不在光纤几何正中，存在难以和其他光纤、光电设备耦合的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺，该制备工艺制备得到的光纤具有高非线性、小模场面积、色散可调、可传输线偏振光、双折射，且双折射率可调，在制备过程中光纤预制棒高温熔融状态下能够维持实芯纤芯的椭圆形状态，实芯纤芯位于光纤几何中心。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，所述的内包层的空气占空比为70～99％，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个六边形，且由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意一圈所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的两个所述的空气孔的孔径小于或大于其余所有的空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的实芯纤芯的长轴长度为1～10微米。所述的内包层包含有至少三圈所述的空气孔，由内向外的第二圈所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的两个所述的空气孔的孔径小于或大于其余所有的空气孔的孔径。为了维持该光纤的整体结构的均匀性，一般使内包层包含有三圈以上的空气孔，缩小或扩大孔径的1个或两个空气孔不分布于最内圈的空气孔中，因为这会直接影响到实芯纤芯光学模式的模场形状和色散曲线；在特殊情况下，如果只有两圈空气孔的情况下，缩小或扩大孔径的1个或两个空气孔分布于由内向外的第2圈的空气孔中。所述的内包层包含的所述的空气孔的数量为18～468个。在此，内包层包含的空气孔的数量在理论上无限制，但为了平衡光纤损耗和光纤总体尺寸，可将空气孔的数量限制在18～468个。一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：步骤1：以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，形成一个径向截面为正六边形的堆栈体；其中，石英毛细棒的直径与石英毛细管的外径一致，石英毛细棒的外壁与与其相邻的石英毛细管的外壁紧贴，相邻的两根石英毛细管的外壁紧贴；步骤2：将一根石英外套管套于堆栈体外，堆栈体中位于角上的六根石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁靠近，并在堆栈体的最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺寸的石英结构支撑毛细棒以维持堆栈体的结构稳定，至此得到光纤预制棒；一般情况下，可选取内径略大于堆栈体的外接圆的直径100～200微米的石英外套管。步骤3：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中控制光纤预制棒中石英毛细管的毛细孔内的压力、石英毛细管之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英毛细棒之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英外套管之间的空隙内的压力，而在由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意选择一圈石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的两根石英毛细管，对选择的石英毛细管进行独立分压控制以控制选择的石英毛细管的毛细孔的孔径减小或扩大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，所述的内包层的空气占空比为70～99％，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个六边形，且由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意一圈所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的两个所述的空气孔的孔径小于或大于其余所有的空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的实芯纤芯的长轴长度为1～10微米。/n

【技术特征摘要】
1.一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤，其特征在于包括由外至内依次分布的呈环形实心结构的外包层、具有空气孔周期性分布的内包层、位于光纤几何中心的实芯纤芯，所述的内包层包含有多圈空气孔，所述的内包层的空气占空比为70～99％，在径向截面上每圈所述的空气孔的中心连线构成一个六边形，且由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意一圈所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的两个所述的空气孔的孔径小于或大于其余所有的空气孔的孔径，使所述的实芯纤芯的模场形状呈椭圆形且具有高双折射，所述的实芯纤芯的长轴长度为1～10微米。


2.根据权利要求1所述的一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤，其特征在于所述的内包层包含有至少三圈所述的空气孔，由内向外的第二圈所述的空气孔中的1个所述的空气孔或对称分布的两个所述的空气孔的孔径小于或大于其余所有的空气孔的孔径。


3.根据权利要求2所述的一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤，其特征在于所述的内包层包含的所述的空气孔的数量为18～468个。


4.一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，形成一个径向截面为正六边形的堆栈体；其中，石英毛细棒的直径与石英毛细管的外径一致，石英毛细棒的外壁与与其相邻的石英毛细管的外壁紧贴，相邻的两根石英毛细管的外壁紧贴；
步骤2：将一根石英外套管套于堆栈体外，堆栈体中位于角上的六根石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁靠近，并在堆栈体的最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺寸的石英结构支撑毛细棒以维持堆栈体的结构稳定，至此得到光纤预制棒；
步骤3：对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝的过程中控制光纤预制棒中石英毛细管的毛细孔内的压力、石英毛细管之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英毛细棒之间的空隙内的压力、石英毛细管与石英外套管之间的空隙内的压力，而在由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意选择一圈石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的两根石英毛细管，对选择的石英毛细管进行独立分压控制以控制选择的石英毛细管的毛细孔的孔径减小或扩大，使最终得到的实芯保偏高非线性光子晶体光纤中的由所有石英...

【专利技术属性】
技术研发人员：江昕，郑羽，付晓松，邹琪琳，
申请(专利权)人：艾菲博宁波光电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33