[发明专利]一种全固态大模面积近零色散平坦微结构光纤

说明书

本发明公开了一种全固态大模面积近零色散平坦微结构光纤，包括纯石英玻璃基底、纤芯区和包层区；所述纯石英玻璃基底的折射率为n₀；所述纤芯区引入微结构，所述纤芯区由第一层、第二层和第三层高掺杂石英柱以及纯石英玻璃基底共同构成；第一层为最中心1根高掺杂石英柱，其半径为r₁，折射率为n₁；第二层为按正六边形排布包围第一层的6根高掺杂石英柱，其半径为r₁，折射率为n₁；第三层为按正六边形排布包围第二层的12根高掺杂石英柱，其半径为r₂，折射率为n₂；所述包层区是由按正六边形排布包围纤芯区第三层的18根低掺杂石英柱和纯石英玻璃基底共同组成；所述低掺杂石英柱的半径为r₃，折射率为n₃；折射率分布满足：n₃<n₀<n₁<n₂，掺杂石英柱尺寸满足：r₁>r₂>r₃。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别涉及一种全固态大模面积近零色散平坦微结构光纤。

背景技术

随着社会的不断进步，人们对通信技术的要求越来越高，光纤作为新一代的传输介质以其信息传输量大，传输速度快等优点，目前有着迅猛的发展趋势。在信号传输过程中，由于非线性的原因，导致传输信号产生附加损耗、信道间串扰和信号频率移动；由于色散的积累导致脉冲展宽及误码率增大，上述两个因素都会降低通信的容量与质量。同样的信号功率下，具有大模面积特性的光纤可以显著减小功率密度，从而减弱非线性造成的影响；具有近零色散平坦特性的光纤则可以有效的抑制脉冲展宽，降低误码率或者提升通信速度。因此同时具有大模面积和近零色散平坦特性的光纤在密集波分复用系统有着重要应用。

光纤的特性由构成光纤的材料及光纤几何结构共同决定。阶跃型光纤结构简单，可供调整的参数少，难以在一根光纤中同时实现大模面积和近零色散平坦特性。微结构光纤端面含有人造光学尺度的微结构，可调整参数多，对光纤特性有很强的调控能力。现阶段利用微结构光纤实现大模面积或近零色散平坦特性多采用如下方案：

(1)纤芯与基底为同一材料，在基底中引入周期性排布的空气孔或者折射率低于基底材料的介质柱阵列构成微结构包层。通过增大包层中周期性排布空气孔或者介质柱的间距，可以增大光纤芯径；在此基础上，减小包层中空气孔或者介质柱尺寸，降低纤芯折射率与包层等效折射率差值，可以使光纤在等效单模传输的同时具有大模面积特性。但是因为包层中空气孔或者介质柱所占比重少，同时纤芯过大，波导色散作用远小于材料色散，波导色散无法平衡材料色散的作用实现近零平坦色散特性。比如，Wei H等人设计的包层含周期排布介质柱的微结构光纤，柱间距为50μm，折射率差为0.004。1064nm处模面积为1256μm²，但是波导色散对光纤总色散的影响很小，光纤总色散基本等于其材料色散，其色散不平坦(Wei H,Chen K,YangY,et al.All-solid very large mode area ytterbium-dopedsilica microstructured fiber based on accurate control on cladding index[J].Optics Express,2016,24(8):8978.)。