[发明专利]一种高非线性光子晶体光纤的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤领域，特别是涉及一种高非线性光子晶体光纤的制备方法。

背景技术

自从1987年Yablonovitch和John首次提出光子晶体的概念以后，1998年英国巴斯大学开始高非线性光子晶体光纤的研究，并从理论设计、光子晶体光纤结构等方面做了详细描述。2003年J.K.Ranka，R.S.Windeler，A.J.Stentz发表论文揭示了在75cm长的光子晶体光纤中观察到400～1600nm的超连续谱的产生。国外的研究表明在光子晶体光纤中，采用大空气填充比相对孔径，可获得Aeff在1～2μm²的高非线性效应的光子晶体光纤。用二氧化硅和空气制造的光子晶体光纤，非线性系数高达60/(W·km)。而英国南安普敦大学利用低软化点的(520摄氏度)多组分玻璃，用挤出法制造了预制棒，再加套管，拉丝制得高非线性光子晶体光纤，其非线性系数比标准光纤大500倍。由于光子晶体光纤的非线性系数高，可利用很短的光纤制造出低功率器件。高非线性效应的光子晶体光纤器件，在光谱仪、光传感器、光通信等方面都有用。

由于光子晶体光纤具有无限单模特性、奇异色散特性、抗弯曲性能、模场直径的可设计性、高非线性、奇异折射等一系列奇异的性能。尤其是其高非线性在超连续谱(SC)产生方面方面最新的应用，使得光子晶体光纤可以广泛应用于光谱仪、光传感器、光通信等领域，其应用前景非常广大。国外在这方面开展了许多研究，如英国巴斯大学和南安普敦大学等在这方面就取得了很大的进步。光子晶体光纤作为物理学上的一个新发现，预示着巨大的市场。光纤通信中密集波分复用的光源，价格昂贵，抑制了包括FTTH等先进技术的推广，而采用高非线性光子晶体光纤，利用高功率的脉冲激光源得到密集波分复用的连续光源，大大降低了系统的造价。在探测领域，超连续谱的存在，提供了一种光束模斑小、脉宽窄、稳定的激光光源，可以实现非常精确的扫描。在光纤放大领域，可以应用高非线性光子晶体光纤的拉曼效应制造拉曼放大器，实现光中继和全光传输等等。

光子晶体光纤的研究，其重点在于非线性基体材料的选择，其非线性性能直接影响光纤的性能。目前常用的光子晶体光纤使用用石英等氧化物玻璃材料，存在着非线性系数较低的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高非线性光子晶体光纤制备方法，该方法使用高非线性玻璃材料，制备出来的光子晶体光纤具有较高非线性。

本发明所采用的技术方案是包括以下步骤的方法：

(1)高非线性玻璃的合成：从适合光子晶体光纤角度出发，采用常规方法合成具有高非线性的氧化物玻璃及非氧化物玻璃；

(2)高非线性光子晶体光纤预制棒的制备：

先以合成的高非线性玻璃为基体材料，制成具有单核结构的光子光纤模型；再修正模型中粗糙的地方，并且根据独立参数变化对光子晶体光纤的有效面积的变化趋势，不同温度下的析晶能力，以及不同冷却速度对材料的热应力影响，确定工艺和制备所述预制棒；

(3)高非线性光子晶体光纤的制备：

将制备的高非线性光子晶体光纤预制棒进行拉丝，即制成高非线性光子晶体光纤。

本发明与现有技术相比，具有的主要优点是：利用光子晶体光纤基体玻璃的高非线性，所制得的光子晶体光纤具有高非线性：经实验测得本方法制得的硫系玻璃的三阶非线性系数要比传统的二氧化硅玻璃的三阶非线性系数大2个数量级；目前在二氧化硅中观察到的二阶非线性系数最大为1pm/V，而二硫系等非氧化物玻璃及掺重金属氧化物玻璃远远大于1pm/V。

附图说明

图1是Ge-As-S玻璃的Maker条纹图。

图2是PbO-B₂O₃玻璃的Maker条纹图。

具体实施方式

本发明通过制备具有高非线性、物理化学性能及工艺条件稳定的硫系玻璃、硫卤玻璃、卤化物玻璃或氟化物玻璃等非氧化物玻璃及具有较大非线性系数的氧化物玻璃等玻璃体系，并以此体系玻璃为基体材料，通过研究其软化温度、操作温度、析晶温度、玻璃化转化温度、退火温度范围等材料特性，尤其是分析其在不同温度下的析晶能力以确定光子晶体光纤工艺路线的选择范围，并采用不同冷却速度来研究裂纹扩展的方法来表征材料的热应力，从而确立预制棒制造方法和拉丝工艺，在此基础上设计和制备出高非线性的光子晶体光纤。所述氧化物玻璃是指掺杂重金属元素来提高材料非线性的氧化物玻璃，或者纳米离子掺杂的氧化物玻璃。

1.具体材料的制备