[發(fā)明專利]一種高非線性光子晶體光纖的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710052082.4
• 申請(qǐng)日: 2007-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101059639A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉啟明;趙修建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/355
• 分類號(hào): G02F1/355;G02B6/02
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王守仁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖領(lǐng)域，特別是涉及一種高非線性光子晶體光纖的制備方法。

背景技術(shù)

自從1987年Yablonovitch和John首次提出光子晶體的概念以后，1998年英國(guó)巴斯大學(xué)開(kāi)始高非線性光子晶體光纖的研究，并從理論設(shè)計(jì)、光子晶體光纖結(jié)構(gòu)等方面做了詳細(xì)描述。2003年J.K.Ranka，R.S.Windeler，A.J.Stentz發(fā)表論文揭示了在75cm長(zhǎng)的光子晶體光纖中觀察到400～1600nm的超連續(xù)譜的產(chǎn)生。國(guó)外的研究表明在光子晶體光纖中，采用大空氣填充比相對(duì)孔徑，可獲得Aeff在1～2μm²的高非線性效應(yīng)的光子晶體光纖。用二氧化硅和空氣制造的光子晶體光纖，非線性系數(shù)高達(dá)60/(W·km)。而英國(guó)南安普敦大學(xué)利用低軟化點(diǎn)的(520攝氏度)多組分玻璃，用擠出法制造了預(yù)制棒，再加套管，拉絲制得高非線性光子晶體光纖，其非線性系數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)光纖大500倍。由于光子晶體光纖的非線性系數(shù)高，可利用很短的光纖制造出低功率器件。高非線性效應(yīng)的光子晶體光纖器件，在光譜儀、光傳感器、光通信等方面都有用。

由于光子晶體光纖具有無(wú)限單模特性、奇異色散特性、抗彎曲性能、模場(chǎng)直徑的可設(shè)計(jì)性、高非線性、奇異折射等一系列奇異的性能。尤其是其高非線性在超連續(xù)譜(SC)產(chǎn)生方面方面最新的應(yīng)用，使得光子晶體光纖可以廣泛應(yīng)用于光譜儀、光傳感器、光通信等領(lǐng)域，其應(yīng)用前景非常廣大。國(guó)外在這方面開(kāi)展了許多研究，如英國(guó)巴斯大學(xué)和南安普敦大學(xué)等在這方面就取得了很大的進(jìn)步。光子晶體光纖作為物理學(xué)上的一個(gè)新發(fā)現(xiàn)，預(yù)示著巨大的市場(chǎng)。光纖通信中密集波分復(fù)用的光源，價(jià)格昂貴，抑制了包括FTTH等先進(jìn)技術(shù)的推廣，而采用高非線性光子晶體光纖，利用高功率的脈沖激光源得到密集波分復(fù)用的連續(xù)光源，大大降低了系統(tǒng)的造價(jià)。在探測(cè)領(lǐng)域，超連續(xù)譜的存在，提供了一種光束模斑小、脈寬窄、穩(wěn)定的激光光源，可以實(shí)現(xiàn)非常精確的掃描。在光纖放大領(lǐng)域，可以應(yīng)用高非線性光子晶體光纖的拉曼效應(yīng)制造拉曼放大器，實(shí)現(xiàn)光中繼和全光傳輸?shù)鹊取?/p>

光子晶體光纖的研究，其重點(diǎn)在于非線性基體材料的選擇，其非線性性能直接影響光纖的性能。目前常用的光子晶體光纖使用用石英等氧化物玻璃材料，存在著非線性系數(shù)較低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種高非線性光子晶體光纖制備方法，該方法使用高非線性玻璃材料，制備出來(lái)的光子晶體光纖具有較高非線性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括以下步驟的方法：

(1)高非線性玻璃的合成：從適合光子晶體光纖角度出發(fā)，采用常規(guī)方法合成具有高非線性的氧化物玻璃及非氧化物玻璃；

(2)高非線性光子晶體光纖預(yù)制棒的制備：

先以合成的高非線性玻璃為基體材料，制成具有單核結(jié)構(gòu)的光子光纖模型；再修正模型中粗糙的地方，并且根據(jù)獨(dú)立參數(shù)變化對(duì)光子晶體光纖的有效面積的變化趨勢(shì)，不同溫度下的析晶能力，以及不同冷卻速度對(duì)材料的熱應(yīng)力影響，確定工藝和制備所述預(yù)制棒；

(3)高非線性光子晶體光纖的制備：

將制備的高非線性光子晶體光纖預(yù)制棒進(jìn)行拉絲，即制成高非線性光子晶體光纖。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的主要優(yōu)點(diǎn)是：利用光子晶體光纖基體玻璃的高非線性，所制得的光子晶體光纖具有高非線性：經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得本方法制得的硫系玻璃的三階非線性系數(shù)要比傳統(tǒng)的二氧化硅玻璃的三階非線性系數(shù)大2個(gè)數(shù)量級(jí)；目前在二氧化硅中觀察到的二階非線性系數(shù)最大為1pm/V，而二硫系等非氧化物玻璃及摻重金屬氧化物玻璃遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1pm/V。

附圖說(shuō)明

圖1是Ge-As-S玻璃的Maker條紋圖。

圖2是PbO-B₂O₃玻璃的Maker條紋圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)制備具有高非線性、物理化學(xué)性能及工藝條件穩(wěn)定的硫系玻璃、硫鹵玻璃、鹵化物玻璃或氟化物玻璃等非氧化物玻璃及具有較大非線性系數(shù)的氧化物玻璃等玻璃體系，并以此體系玻璃為基體材料，通過(guò)研究其軟化溫度、操作溫度、析晶溫度、玻璃化轉(zhuǎn)化溫度、退火溫度范圍等材料特性，尤其是分析其在不同溫度下的析晶能力以確定光子晶體光纖工藝路線的選擇范圍，并采用不同冷卻速度來(lái)研究裂紋擴(kuò)展的方法來(lái)表征材料的熱應(yīng)力，從而確立預(yù)制棒制造方法和拉絲工藝，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和制備出高非線性的光子晶體光纖。所述氧化物玻璃是指摻雜重金屬元素來(lái)提高材料非線性的氧化物玻璃，或者納米離子摻雜的氧化物玻璃。

1.具體材料的制備