[发明专利]一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺，该制备工艺以一根石英毛细棒为中心，并自内向外紧贴堆栈多圈石英毛细管，石英毛细棒的直径与石英毛细管的外径一致，形成正六边形的堆栈体；将石英外套管套于堆栈体外，并在最外圈的石英毛细管的外壁与石英外套管的内壁之间的空隙中插入不同尺寸的石英结构支撑毛细棒，得到光纤预制棒；对光纤预制棒进行光纤拉丝，在光纤拉丝过程中在由内向外的第二圈至由外向内的第二圈中任意选择一圈石英毛细管中的1根石英毛细管或对称分布的两根石英毛细管进行独立分压控制；优点是得到的光纤具有高非线性、小模场面积、色散可调、可传输线偏振光、双折射，且双折射率可调。

技术领域

本发明涉及一种光纤及其制备技术，尤其是涉及一种实芯保偏高非线性光子晶体光纤及其制备工艺。

背景技术

高非线性光纤是特种光纤的一种，其在非线性光纤器件领域有着广泛应用。传统的单模光纤(SMF-28)的非线性系数为0.78W^-1km^-1，而通过对纤芯掺杂高浓度的锗提高纤芯及包层的折射率差值，并同时缩小纤芯的有效模场面积，这一方式实现的高非线性光纤，其非线性系数与传统的单模光纤相比，只能提高一个数量级。高非线性光子晶体光纤，或高非线性微结构光纤，由于光被包层周期性的微米量级的空气孔阵列限制在纤芯中，因此纤芯及包层的有效折射率差值远远高于通过对纤芯掺杂调制材料获得的纤芯及包层的折射率差值；由于数值孔径的提高，因此高非线性光子晶体光纤可以采用非常小的纤芯设计，进一步减小了光学模式有效模场面积，非线性系数是传统的单模光纤的几十至几百倍；由于结构的灵活性，因此高非线性光子晶体光纤的色散在相当大的范围内可调，适当地调整光纤的结构参数即可以获得较平坦的色散特性，或将光纤零色散点向短波蓝移。具有高非线性系数和可控的色散特性的高非线性光子晶体光纤已被广泛应用于光通信、超连续光源、光相干层析及光频率测量等领域。

另一方面，保偏光纤已被广泛应用于航天航空、工业制造、无人驾驶、通信等多个领域。在以光学相干检测为基础的干涉型光纤传感器中，使用保偏光纤能够保证线偏振方向不变，提高相干信噪比，以实现对物理量的高精度测量。目前，可以实现较高双折射参数的保偏光纤有如中国公告的发明专利“一种高双折射保偏光纤”(专利号：ZL201610129210.X)，其包括纤芯和包层，纤芯位于光纤的中心，在纤芯两侧的包层中设置有对称的应力区，纤芯与应力区相错90°的另外两侧包层中设置有对称的气孔，有益效果在于通过在保偏光纤中设置对应的气孔，构成气孔与应力区相结合的保偏光纤结构，使得光纤既具备单模传输和一般高双折射光纤特性，又具备较高的双折射特性和较强的外界压力敏感特性，可适于光纤通信器件及传感领域的应用，并使应用领域得到进一步拓宽。该高双折射保偏光纤是一种双应力、双边孔并带椭圆纤芯结构的设计，其可实现双折射参数大于10^-3，但是该高双折射保偏光纤无法满足所有应用需求，例如光纤高非线性的要求，其存在的问题有：(1)因其具有大内应力结构，因此利用其进行光传输时易受外界环境影响；(2)单模情况下模场面积、色散、非线性系数等参数都无法灵活调整；(3)其需要三种石英材料，掺杂制备应力区成本高，良品率低；(4)椭圆纤芯结构在边空的存在下，难以在拉丝过程中保持，易造成光纤轴向的不均匀，导致光纤损耗增加。

光子晶体光纤以其灵活的结构设计、大范围的参数可调整能力，目前在特种光纤应用领域已引起了广泛关注，通过光子晶体光纤特殊结构设计，以往难以实现的光纤参数需求问题都被很好地解决。目前获得高非线性光纤的主流技术就是光子晶体光纤，所以，基于光子晶体光纤的结构设计，理论上可以获得既具有高保偏性能又具有高非线性的光纤。