[发明专利]石英玻璃光纤折射率参数计算方法及系统

说明书

本发明提供的一种石英玻璃光纤折射率参数计算方法及系统，涉及材料分析领域。在获取光纤材料各组分材料及其含量后，通过预设算法根据各组分的摩尔浓度得到该掺杂区的折射率，操作简单，大大节省了光纤材料的研发成本，提高了工作效率；在同时掺杂有铝和磷元素时，调整预设算法中的系数从而对同时掺杂有铝和磷元素的芯区进行折射率计算，实现了铝和磷元素同时存在时一般算法无法精确得到折射率的问题，使计算结果更加精确。

技术领域

本发明涉及材料分析领域，具体而言，涉及一种石英玻璃光纤折射率参数计算方法及系统。

背景技术

近年来，以掺稀土元素的石英玻璃光纤作为增益介质的光纤激光器发展迅速。激光传输用的无源光纤和掺稀土的有源光纤是光纤激光器的关键组成部分。光纤折射率分布是影响激光传输特性的重要参数，光纤折射率分布由其材料组成决定。通常光纤组分浓度与其折射率呈代数加合关系，但是加合关系并不适用于所有体系，例如共掺铝和磷元素的石英玻璃光纤就不满足简单加合关系。

通常对于石英玻璃光纤的研制采用多次迭代的方式来制定工艺配方，即光纤制备完成后测量其折射率分布和组分含量，需要多次重复才能确定制备工艺配方。如果能够找到各组分与光纤折射率分布的数学关系，将常用组分材料体系集成到软件平台并以直观的表现形式加以展现，则可以提高工作效率，大大节省光纤材料研发的成本。然而目前并无现成算法和软件平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石英玻璃光纤折射率参数计算方法及系统，以实现通过各组分材料的含量得到光纤材料折射率的功能。

本发明是这样实现的：

一种石英玻璃光纤折射率参数计算方法，所述石英玻璃光纤折射率参数计算方法包括：

获取输入的光纤材料各掺杂组分的摩尔百分比浓度；

响应输入的计算指令，根据所述各掺杂组分的摩尔百分比浓度计算得出对应的掺杂区域的折射率差值；

获取输入的掺杂区半径、包层半径及包层折射率绝对值，响应输入的绘制计算指令，根据所述折射率差值、掺杂区半径、包层半径及包层折射率绝对值得到折射率分布曲线和数值孔径，其中，折射率分布曲线为所述折射率差值随半径变化的分布曲线。

进一步地，所述响应输入的计算指令，根据所述各掺杂组分的摩尔百分比浓度计算得出对应的掺杂区域的折射率差值的步骤包括：

响应输入的计算指令，判断所述各掺杂组分中是否同时存在铝元素和磷元素；

在所述各掺杂组分中未同时存在铝元素和磷元素时，基于预设计算公式计算得出折射率差值；

在所述各掺杂组分中同时存在铝元素和磷元素时，根据铝原子和磷原子的比例关系对所述预设计算公式中的所对应的系数进行修正，基于修正后的系数计算得出折射率差值。

进一步地，所述预设计算公式为：

其中，Δn为折射率差值，α_i为组分i所对应的权重系数，C_i为组分i所对应的摩尔百分比浓度，i＝1～7分别对应组分Yb₂O₃、Ce₂O₃、Al₂O₃、P₂O₅、GeO₂、SiF₄、B₂O₃。

进一步地，在所述各掺杂组分中同时存在铝元素和磷元素时，根据铝原子和磷原子的比例关系对所述预设计算公式中的所对应的系数进行修正，基于修正后的系数计算得出折射率差值的步骤包括：