[发明专利]基于热极化电场演变的新型光纤热极化结构

说明书

本发明公开了一种基于热极化电场演变的新型光纤热极化结构，本发明采用单芯双孔光纤，其中纤芯设置于一个圆弧带内，该圆弧带与阳极电极孔同心，且相对于阴极电极孔，纤芯更靠近阳极电极孔，以阳极电极孔圆心为平面直角坐标系原点，则该圆弧带处于平面直角坐标系中的第一象限。本发明提出的纤芯相对电极孔环形分布的结构，极大程度地利用了热极化形成的内建电场的演变规律，可易实现高效率的光纤热极化，推动光纤在二阶非线性光学上的应用。

技术领域

本发明属于光纤二阶非线性光学技术领域，根据光纤热极化后电场的演变特征，提出了一种新型的纤芯相对电极孔不同角度分布的光纤热极化结构。

背景技术

目前，热极化技术是打破石英光纤宏观中心反演对称性从而诱导二阶非线性效应最为有效、稳定的方式。这种效应形成的机理普遍认为是对光纤施加高温高压时，高迁移率的Na⁺首先会在电场的作用下沿着电场方向迁移形成Na⁺耗尽层，在耗尽层留下带负电的迁移率为 0的NaO^-。由于耗尽层内阻极大，耗尽层内有很大的电压降落形成强电场，而耗尽层外由于压降的作用使得电场强度减小，从而降低了 Na⁺的迁移速度。

在此期间，阳极表面的强电场电离空气中的H₂O形成H⁺，在电场的作用下H⁺注入到阳极表面参与离子交换过程，尽管H⁺迁移率相比 Na⁺低三个数量级左右，但在耗尽层强的内建电场的作用下会与近似于Na⁺的速率迁移，逐渐中和耗尽层从而使耗尽层迁移到纤芯。

极化后，首先冷却材料，然后关闭外加电压，迁移的载流子会被束缚在原位置从而形成内建电场，内建电场与光纤本身固有的三阶非线性极化率耦合成二阶非线性极化率，即χ⁽²⁾＝3χ⁽³⁾E_rec,E_rec为内建电场。

目前的光纤热极化结构均为纤芯相对电极孔在同一水平线分布，即纤芯相对电极孔在0°的位置，这种结构虽然简单容易实现，但这种结构得到的二阶非线性系数非常小，经过前人优化的极化光纤的x⁽²⁾最大值仅为0.22pm/V,这个较低的系数极大程度地限制了它在非线性光学的应用价值，因此人们迫切找到一种易于实现、操作简单以及二阶非线性系数高的光纤热极化结构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种容易实现且光纤热极化后得到的二阶非线性系数较高的光纤结构。

本发明采用单芯双孔光纤，其中纤芯设置于一个圆弧带内，该圆弧带与阳极电极孔同心，且相对于阴极电极孔，纤芯更靠近阳极电极孔，以阳极电极孔圆心为平面直角坐标系原点，则该圆弧带处于平面直角坐标系中的第一象限。

进一步说，所述的圆弧带与阳极电极孔边缘处的距离为3μm，纤芯的半径为4.1μm，阳极电极孔与阴极电极孔的最近距离为21.2 μm。

进一步说，包层半径为62.5μm，阳极电极孔与阴极电极孔的半径均为15μm。

进一步说，纤芯的折射率为1.4502，包层的折射率为1.444。

本发明提出的纤芯相对电极孔环形分布的结构，极大程度地利用了热极化形成的内建电场的演变规律，可易实现高效率的光纤热极化，推动光纤在二阶非线性光学上的应用。

附图说明

图1为纤芯相对电极孔不同角度分布的光纤结构的截面图；

图2为在单阳极配置下不同角度分布的纤芯得到的χ⁽²⁾随时间的变化；

图3为在双阳极配置下不同角度分布的纤芯得到的χ⁽²⁾随时间的变化。