一種中紅外波段色散補償器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及中紅外波段光纖器件，具體而言，涉及基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補償器件，用于實現(xiàn)激光全光纖結構，優(yōu)化鎖模光纖激光器輸出功率、孤子脈沖傳輸和寬帶超連續(xù)譜產生等。
【背景技術】
[0002]近些年來，中紅外波段(2?5 μπι)的鎖模光纖激光器的興起引起了人們極大的興趣。在這個波長范圍，許多重要分子具有強烈的旋轉振動吸收，這種性質為中紅外大氣探測等提供了可能。另外，該波段的高功率脈沖激光是塑料的加工成型等應用的的理想光源，并在強場物理學領域也有應用。然而，受傳統(tǒng)孤子面積理論和光譜邊帶的制約，孤子脈沖能量通常被限制在nj級別。目前在大幅改善脈沖能量方面已有一些解決方案，在這些方案中，工作在正常色散區(qū)的鎖模光纖激光器由于其可以直接獲得高能脈沖，從而引起了極大關注。正常色散目前可以通過常規(guī)單模光纖或色散補償光纖運作于中紅外波段方便地實現(xiàn)。常規(guī)單模光纖可以在I μm波長附近實現(xiàn)正常色散，而色散補償光纖可以在1.55 μπι通信波長附近實現(xiàn)正常色散。如果將這種高效激光源應用于中紅外光譜范圍，那么設計一個色散可調控或者大色散的光纖激光諧振腔將是一個挑戰(zhàn)，因為傳統(tǒng)商用光纖在該波段通常是負色散。在中紅外機制，2 μπι附近摻銩光纖激光器已經被深入研宄，獲得正常色散的手段也引起了廣泛探討。Martin Engelbrecht等人采用了光柵對實現(xiàn)了色散補償，獲得了中心波長1976nm、功率達4.3nJ的激光輸出。Regina Gumenyuk等人基于啁啾光纖光柵實現(xiàn)了耗散孤子輸出。Andreas Wienke等人采用在波長1912nm處大數(shù)值孔徑、纖芯直徑2.7 μm的光纖實現(xiàn)了色散補償，獲得了 119fs的超短脈沖激光輸出。在這些方法中，基于光纖的色散管理方法便于與現(xiàn)有激光器兼容，降低了復雜性。如果將波長延伸到3 μπι或4 μπι，那么光纖化的正常色散補償器件也很難實現(xiàn)。
[0003]光纖色散可通過改變其幾何結構來調節(jié)，最簡單的調整波導色散的方式是拉錐。在中紅外波段，熔融石英在波長超過2.5 μ m時吸收會嚴重加強，損耗加大。軟玻璃材料，如亞碲酸鹽、硫化物或ZBLAN氟化物材料，由于它們在近紅外和中紅外波段有很高的傳輸特性而引起了關注。另外，ZBLAN相比于石英擁有非線性折射率，同時亞碲酸鹽特別是硫化物有著固有的強非線性特性。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有中紅外波段鎖模光纖激光器難以提高功率的缺點，利用ZBLAN氟化物玻璃光纖在中紅外波段具有低的傳輸損耗、大的正常群速度色散特點，設計基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補償器件并進行結構參數(shù)優(yōu)化。ZBLAN微納光纖通過不同程度拉錐以及采用不同折射率包層材料來設計其波導結構，改變波導色散參數(shù)，使其在中紅外波段產生大的正常色散，這為實現(xiàn)全光結構中紅外高功率鎖模光纖激光器實現(xiàn)提供了可能，同時通過調控色散參數(shù)及非線性參數(shù)來實現(xiàn)不同孤子脈沖傳輸。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案如下:
[0006]基于ZBLAN微納光纖實現(xiàn)中紅外寬帶色散補償，包括一段微米至納米尺度的ZBLAN氟化物玻璃拉錐光纖以及包層材料，通過采用硼硅酸鹽玻璃、MgF2等各種不同折射率材料的包層來調控優(yōu)化我們所需的大正常色散。
[0007]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述傳輸中紅外波段脈沖激光所用光纖尺寸在微納量級，為單模光纖。
[0008]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述ZBLAN拉錐光纖的纖芯直徑參數(shù)為I微米到5微米，優(yōu)選的直徑參數(shù)為I微米和3微米，優(yōu)選的包層厚度為5納米。
[0009]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述設計ZBLAN波導結構的方法為纖芯拉錐及采用MgF2包層材料。
[0010]所述的ZBLAN氟化物玻璃微納光纖，其特征在于單模傳輸，中紅外波段傳輸損耗低，色散值較大，利于光纖耦合。
[0011]所述的基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補償，其特征在于通過拉錐靈活調控波導結構，使其靈活適應不同光纖激光器輸出要求。
[0012]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的特點和性能做進一步詳細說明，并構成本說明書的一部分。
【附圖說明】
:
[0013]圖1為本發(fā)明實施例的基于ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補償器件波導結構的圖示。
[0014]圖2為本發(fā)明第一實施例的空氣包層ZBLAN微納光纖在纖芯直徑1.5微米時群速度色散參量(GVD)隨波長變化的圖示。
[0015]圖3為本發(fā)明第二實施例的MgF2包層ZBLAN微納光纖在纖芯直徑3微米時群速度色散參量(GVD)隨波長變化的圖示。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0017]實施例1:
[0018]本發(fā)明的第一個實施例由光纖纖芯部分(I)、包層部分(2)、一段輸入光纖(3)和一段輸出光纖(4)組成。其中，纖芯部分(I)為ZBLAN，包層部分(2)為空氣，纖芯直徑為1.5微米。該中紅外光纖色散補償器件的色散曲線如圖2所示。該光纖色散補償器的群速度色散參量(GVD)在波長3微米時達4457ps2/km，3.7微米波長時其值達到峰值6403ps2/km, 4微米波長時達6067ps2/km。
[0019]實施例2:
[0020]圖3為本發(fā)明第二個實施例的波導色散曲線。該色散補償器的纖芯部分(I)為ZBLAN，包層部分⑵為MgF2，纖芯直徑為3微米，MgF2厚度為5納米，外包層為空氣。該光纖色散補償器的的GVD參量在波長3微米時達344.9ps2/km，4微米波長附近達到峰值674ps2/
km ο
【主權項】
1.基于ZBLAN微納光纖設計了一種中紅外寬帶色散補償器件，包括一段ZBLAN光纖纖芯部分(I)、包層部分(2)、一段輸入光纖(3)和一段輸出光纖(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖在中紅外波段具有大的正常色散以及很高的傳輸透過率。
3.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖的中紅外寬帶色散補償器件，其特征在于包層(2)材料可以是空氣，也可以是硫化物、硼硅酸鹽、MgF2等材料及它們的復合物。
4.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖為階躍折射率分布型、漸變折射率型等玻璃光纖。
5.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖可以采用熔融拉錐等方式達到結構要求。
6.根據(jù)權利要求2所述的包層材料，目前采用硼硅酸鹽玻璃和MgF2，其折射率比ZBLAN略小，可以實現(xiàn)大范圍的群速度色散調控。
7.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖的包層部分(2)可以為復合結構包層，譬如硼硅酸鹽玻璃和MgF2的復合結構。
8.根據(jù)權利要求1所述的ZBLAN微納光纖色散補償器件，其特征在于中紅外波段大的群速度色散參量(GVD)。
【專利摘要】基于氟化物ZBLAN微納光纖實現(xiàn)一種中紅外波段寬帶色散補償器，包括一段輸入光纖、一段ZBLAN微納光纖和一段輸出光纖。通過合理設計微納光纖幾何結構和數(shù)值孔徑等參數(shù)，ZBLAN微納光纖可以在2到5μm波長范圍內實現(xiàn)很大的正常色散，可以有效補償光纖鏈路的色散。同時，微納光纖的非線性參數(shù)也可以通過光纖結構參數(shù)調控。由于ZBLAN微納光纖其獨特的色散特征和低損耗特性，為中紅外波段超快激光器的色散補償提供了一種簡易方案。
【IPC分類】G02B6-02
【公開號】CN104749689
【申請?zhí)枴緾N201510167638
【發(fā)明人】楊青林, 繆麗麗, 唐平華, 趙楚軍
【申請人】湖南大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月10日