一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高掺锗石英光纤，具体涉及一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤。
【背景技术】
[0002]具有高相干性的平顶超连续光谱在相干断层摄影检测、非线性显微光学以及超快脉冲压缩等领域具有重要的应用价值。其中具有宽带平坦正常色散特性的高非线性光纤是构建产生高相干性平顶超连续光谱光纤光源的重要部件。目前具有平坦色散特性的光纤主要有以下两种结构形式:
[0003]一种是基于空气和石英的光子晶体光纤获得平坦正常色散特性，该种结构是通过优化光子晶体光纤的空气孔直径和孔间隔可以获得平坦正常色散特性，在此基础上在光子晶体光纤芯区内引入一层直径较小空气孔，并充入具有适当低折射率液体以获得平坦色散特性。
[0004]另一种是基于硅酸盐玻璃材料的全固体光子晶体光纤获得平坦正常色散特性，该种结构利用两种具有不同折射率的硅酸盐玻璃(如玻璃型号F2和NC21)构成光子晶体光纤，通过优化光纤参数可以获得全正常平坦色散特性。
[0005]但是，上述两种结构均需基于光子晶体光纤结构，其中基于空气包层的光纤在拉制光纤过程中不可避免地需要解决防止小直径空气孔坍塌问题及尺寸精度控制问题，这对工艺提出非常高的要求，成本明显增加；基于低折射率硅酸盐材料圆棒代替空气孔通过周期排列构成的光纤包层避免了上述空气孔容易坍塌的问题，但是由于材料损耗导致光纤损耗较大，因此近红外波长范围内的光纤损耗系数高达2-3dB/m。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，旨在简化具有宽带平坦正常色散特性的光纤结构，降低其光纤损耗。
[0007]本发明采用的技术方案具体为:
[0008]一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，包括纤芯和套于所述纤芯外的光纤包层组，所述光纤包层组包括第一环形光纤包层、第二环形光纤包层和外光纤包层，所述第一环形光纤包层和所述第二环形光纤包层由内而外依次设于所述纤芯和所述外光纤包层之间；其中:所述纤芯、所述第一环形光纤包层所述第二环形光纤包层、所述外光纤包层的折射率间满足ηη 2;所述光纤包层组的材料为二氧化锗摩尔浓度> 20mol%的石英材料。
[0009]在上述尚惨错石英光纤中，所述纤芯为尚惨错纤芯。
[0010]在上述高掺锗石英光纤中，所述高掺锗纤芯为二氧化锗摩尔浓度> 20mol%的石英材料。
[0011]在上述高掺锗石英光纤中，所述二氧化锗摩尔浓度为(60mol%，10mol % ]。
[0012]在上述高掺锗石英光纤中，所述纤芯为非线性液体纤芯。
[0013]在上述高掺锗石英光纤中，所述非线性液体纤芯为二硫化碳和/或四氯化碳液体纤芯。
[0014]在上述高掺锗石英光纤中，所述纤芯的半径为(1.5 μπι，2 μπι)。
[0015]在上述高掺锗石英光纤中，所述第一环形光纤包层的半径为(3 μ m，4 μ m)，所述第一环形光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(20mOl%，60mOl% )的石英材料。
[0016]在上述高掺锗石英光纤中，所述第二环形光纤包层的半径为(4.1 μm，5 μπι)，所述第二环形光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(40mol%，SOmol% )的石英材料。
[0017]在上述高掺锗石英光纤中，所述外光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(20mol%，6Omol % )的石英材料。
[0018]本发明产生的有益效果是:
[0019]本发明的高掺锗石英光纤通过改变高掺锗石英材料中的二氧化锗摩尔浓度使光纤从中心芯区到包层的折射率呈高低分布，其中光纤中心的芯区为折射率最高部分，材料可以为纯二氧化锗、二氧化锗摩尔浓度大于60mol%的高掺锗石英或者具有较高非线性折射率的液体。本发明涉及的光纤在结构上较之于光子晶体光纤更为简单，拉制光纤的难度得以降低，在近红外波长范围内，本发明的光纤损耗低于0.001dB/m ;同时，在0.8-3.2 μπι波长范围内，在能够获得平坦的正常群速度色散曲线的前提下，其色散斜率低于0.09ps/nm2/km。
【附图说明】
[0020]当结合附图考虑时，能够更完整更好地理解本发明。此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0021]图1为本发明一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤的结构示意图。
[0022]图中:1、纤芯2、第一环形光纤包层3、第二环形光纤包层4、外光纤包层。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
[0024]如图1所示的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，包括由内而外的高掺锗纤芯1、以及由第一环形光纤包层2、第二环形光纤包层3和外光纤包层4组成的光纤包层组，高掺锗纤芯I和高掺锗光纤包层4之间引入具有不同二氧化锗掺杂摩尔浓度的环形光纤包层(2、3)，设纤芯1、以及光纤包层(2、3、4)的折射率依次表示为Ii1, n2，％和H4，则本发明的高掺锗石英光纤中，需满足11>? n2;而且纤芯I和各个包层中掺入二氧化锗摩尔浓度均大于20mol%的石英材料。
[0025]作为一种优选，纤芯1、光纤包层(2、3、4)为石英材料时的二氧化锗摩尔浓度(Xl、x2、x3、x4)以及纤芯1、光纤包层(2、3)的半径CrpI^r3)分别为:
[0026]高掺锗纤芯1:60mol % <x^ 10mol % (浓度为10mol %时即纯二氧化锗)，1.5 μ m<r1<2 μ m ；
[0027]第一环形光纤包层2:20mol % <x2<60mol % , 3 μ m<r2<4 μ m ；
[0028]第二环形光纤包层3:40mol % <x3<80mol %，4.1 μ m<r3<5 μ m ；
[0029]光纤包层4:20mol % <x4<60mol %。
[0030]为了获得部分中红外波段的超连续光谱输出，可以由高非线性液体纤芯(如二硫化碳和/或四氯化碳液体)代替上述高掺锗纤芯I。
[0031]进一步地，截面为圆形的纤芯I还可以设计为椭圆形纤芯，也可以将纤芯I进一步设计为双芯结构，以获得高双折射率特性。
[0032]上述的三层包层是属于石英光纤的最基本结构，大于三层的更多层同样可以实现正常色散，因此任何包含本发明的进一步扩展也应属于本发明的保护范围，但是更多层包层却增大了光纤结构复杂程度，因此从优化光纤结构的角度来看，本发明的三层包层结构的光纤是最佳选择。
[0033]以上结合附图对本发明的实施例进行了详细地说明，此处的附图是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，包括纤芯和套于所述纤芯外的光纤包层组，所述光纤包层组包括第一环形光纤包层、第二环形光纤包层和外光纤包层，所述第一环形光纤包层和所述第二环形光纤包层由内而外依次设于所述纤芯和所述外光纤包层之间；其中: 所述纤芯、所述第一环形光纤包层、所述第二环形光纤包层、所述外光纤包层的折射率 间满足ηΑη? 112;所述光纤包层组的材料为二氧化锗摩尔浓度> 20mol%的石英材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述纤芯为高掺锗纤芯。
3.根据权利要求2所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述高掺锗纤芯为二氧化锗摩尔浓度> 20mol %的石英材料。
4.根据权利要求3所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述二氧化锗摩尔浓度为(60mol %，10mol % ]。
5.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述纤芯为非线性液体纤芯。
6.根据权利要求5所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述非线性液体纤芯为二硫化碳和/或四氯化碳液体纤芯。
7.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述纤芯的半径为(1.5μηι，2μηι)。
8.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述第一环形光纤包层的半径为(3 μ m，4 μ m)，所述第一环形光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(20mol%，60mol% )的石英材料。
9.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述第二环形光纤包层的半径为(4.1 μ m，5 μ m)，所述第二环形光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(40mOl%，80mOl% )的石英材料。
10.根据权利要求1所述的一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，其特征在于，所述外光纤包层为二氧化锗摩尔浓度为(20mOl%，60mOl% )的石英材料。
【专利摘要】本发明提供一种具有宽带平坦正常色散特性的高掺锗石英光纤，包括纤芯和套于所述纤芯外的光纤包层组，所述光纤包层组包括第一环形光纤包层、第二环形光纤包层和外光纤包层，所述第一环形光纤包层和所述第二环形光纤包层由内而外依次设于所述纤芯和所述外光纤包层之间；其中：所述纤芯、所述第一环形光纤包层、所述第二环形光纤包层、所述外光纤包层的折射率n1、n2、n3、n4之间满足n1>n3>n4≥n2；所述光纤包层组的二氧化锗摩尔浓度＞20mol％。本发明的石英光纤简化了光纤结构，同时提高了光纤的非线性系数，降低了模式损耗，利用该光纤可以获得具有高相干特性的波长带宽从0.8-3.2μm的超连续光谱。
【IPC分类】G02B6-036, G02B6-032
【公开号】CN104678490
【申请号】CN201510121483
【发明人】王春灿
【申请人】北京交通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月19日