[发明专利]一种微纳光纤色散测量方法

说明书

本发明公开了一种微纳光纤色散测量方法。本发明利用拉锥光纤的非线性系数和色散与拉锥光纤的芯径相关，从而增益系数由拉锥光纤的芯径以及泵浦光的波长确定的原理，采用显微镜测量得到的拉锥光纤的芯径作为待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，拉锥光纤的芯径的预估值与真实值的误差通常在百nm，这样的误差对拉锥光纤的非线性系数影响不大，在计算时固定非线性系数为芯径的预估值下的值，通过调整二阶色散的值，使得在泵浦光的设定波长处的信号光的增益随泵浦光的功率的变化曲线与实验数据相一致，从而精确获得待测量的拉锥光纤的色散值；进一步获得拉锥光纤的芯径的真实值。

技术领域

本发明涉及激光领域，具体涉及一种微纳光纤色散测量方法。

背景技术

光纤是传输光的低损耗媒介，是人类的伟大发明之一。光纤制备是将较粗的预制棒拉细到常规直径光纤。而光纤的拉锥则是将常规的光纤进一步加热拉细，拉锥是一种重要的光纤后处理技术。拉锥技术可以改变普通光纤传输光线的直径，从而调节光纤的群速度色散、非线性系数等光学关键参数。由于光纤进一步的拉细，减小了光纤中传输光的横截面积，因此可以增大光纤中的光强，增强非线性效应，从而大大缩短了所需的光纤长度，这对非线性的研究具有重要意义。

拉锥技术产生的光纤称之为非线性光纤，非线性光纤的芯径大小是改光纤的重要参数，芯径不仅决定了光纤的非线性系数，而且还决定了光纤的色散。目前常用的方法是将制备好的非线性光纤放在显微镜下进行测试，由于非线性光纤是通过加热光纤芯径拉伸制备，该光纤是裸纤，没有任何的保护层，非常脆弱，放在显微镜下观察会直接损坏该光纤。因此目前测试方法是利用可控的拉锥方法制备好非线性光线后，经过显微镜测量光纤芯径，然后再用相同的拉锥方法制备光纤，新制备好的光纤认为和之前制备光纤芯径相同。由于拉锥过程总会有些差异，因此不能保证每次拉锥出来的芯径是完全相同的，这种测量存在一定的误差。

发明内容

针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种微纳光纤色散测量方法。

本发明的微纳光纤色散测量方法，包括以下步骤：

1)利用可控的拉锥方法制备好拉锥光纤后，经过显微镜测量拉锥光纤的芯径a，然后再用相同的拉锥方法制备得到待测量的拉锥光纤，以显微镜测量得到的拉锥光纤的芯径作为待测量的拉锥光纤的芯径的预估值；

2)在待测量的拉锥光纤的输入端同时输入信号光和设定波长的泵浦光，在待测量的拉锥光纤的输出端测量信号光的增益；

3)在泵浦光的设定波长处，测量得到在泵浦光的设定波长处的信号光的增益随泵浦光的功率变化的实验数据；

4)将步骤1)得到的待测量的拉锥光纤的芯径的预估值，代入非线性系数的计算公式，计算非线性系数γ：

其中，d为拉锥光纤的直径，d＝2a，n₂为光纤非线性折射率系数，n₁为包层折射率，k₀＝2π/λ为真空中的传播常数，V为非线性系数的中间参数，λ为波长；

拉锥方法制备的非线性的拉锥光纤的色散β满足以下方程：

其中，U为色散的第一中间参数，W为色散的第二中间参数，J_v为第v阶第一类贝塞尔函数，K_v为第v阶第二类修正贝塞尔函数，v为激光模式，求解色散方程，获得拉锥光纤的色散β，在获得拉锥光纤的色散β的情况下，根据色散的定义获得二阶色散β₂：

ω＝2πc/λ