一种高非线性石英光纤

技术领域

本发明涉及光纤领域，尤其涉及一种高非线性石英光纤。

背景技术

光纤中的非线性效应，例如自相位调制效应、交叉相位调制效应，四波混频效应、受激非弹性散射效应等，推动了激光通信、激光传感、光学相干层析、高精度频率计量学等领域中具有革命性意义的进展。光纤中的非线性参量γ=2π n

经调研，目前常用的高非线性光纤芯区的折射率剖面呈抛物线（α=2）渐变型结构，不利于降低色散斜率。中国实用新型专利《正常色散平坦高非线性石英光纤（公开号CN216052270U）》公开的技术方案中，芯区的折射率剖面呈三角形（α=1）结构，更不利于降低色散斜率，且“W”型光纤结构复杂，会对生产工艺带来很大的难度。中国发明专利《在长波长具有色散平坦特性的高非线性光子晶体光纤（授权公告号CN100575993C）》公开的技术方案中，纯石英光纤芯区带有低占空比孔洞的缺陷结构，需要采用复杂的毛细管堆积工艺拉制，且光纤在1550nm典型的色散斜率只能达到0.03ps/nm

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高非线性石英光纤，具有较高的非线性系数的同时，具有较低的衰减系数以及平坦的色散斜率。

根据本发明的第一方面，提供了一种高非线性石英光纤，包括：由内到外依次设置的纤芯、内包层、外包层和涂覆层，所述纤芯的设定区域的折射率为圆弧顶渐变型分布；所述纤芯的设定位置处的折射率为阶跃型；

所述设定区域为所述纤芯的最前端高度为Δd1的区域；所述设定位置为距离所述纤芯的最前端的高度为Δd2的位置；

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述设定区域的折射率呈α次抛物线形分布，α的取值范围为1-∞.

可选的，α的取值范围为5-10。

可选的，所述设定区域的圆弧顶处折射率分布函数为：

可选的，所述纤芯的材料为掺锗石英，直径a的取值范围为3-4μm，相对折射率delta1的取值范围为0.02-0.05。

可选的，a=3.5±0.1μm；delta1=0.03±0.005。

可选的，所述内包层的材料为掺氟石英，直径b的取值范围为

可选的，

可选的，所述外包层的材料为纯石英，直径125±5μm。

可选的，所述光纤涂覆层的材料为保偏涂料DSM152136，直径245±10μm。

本发明提供的一种高非线性石英光纤，光纤芯区折射率分布剖面结合了阶跃型和渐变型，在芯区折射率最大值的前7/8高度处，采取了阶跃型（α=∞）折射率设计；在折射率最大值的前1/8深度处，采取了α=6的圆弧顶渐变型折射率设计；具有较高的非线性系数的同时，具有较低的衰减系数以及平坦的色散斜率。

附图说明

图1为本发明提供的一种高非线性石英光纤的实施例的结构示意图；

图2为不同α值下光纤色散随波长的变化曲线示意图；

图3为固定1550nm为光纤的零色散点时模场直径（MFD）随α值的变化曲线示意图；

图中，1、纤芯，2、内包层，3、外包层，4、涂覆层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明提供的一种高非线性石英光纤的实施例的结构示意图，如图1所示，该石英光纤包括：由内到外依次设置的纤芯、内包层、外包层和涂覆层，纤芯的设定区域的折射率为圆弧顶渐变型分布；纤芯的设定位置处的折射率为阶跃型。

设定区域为纤芯的最前端高度为Δd1的区域；设定位置为距离纤芯的最前端的高度为Δd2的位置；

本发明提供一种高非线性石英光纤，光纤芯区折射率分布剖面结合了阶跃型和渐变型，具有较高的非线性系数的同时，具有较低的衰减系数以及平坦的色散斜率。

实施例1

本发明提供的实施例1为本发明提供的一种高非线性石英光纤的实施例，结合图1可知，该石英光纤的实施例包括：由内到外依次设置的纤芯、内包层、外包层和涂覆层，纤芯的设定区域的折射率为圆弧顶渐变型分布；纤芯的设定位置处的折射率为阶跃型。

设定区域为纤芯的最前端高度为Δd1的区域；设定位置为距离纤芯的最前端的高度为Δd2的位置；

在一种可能的实施例中，设定区域的折射率呈α次抛物线形分布，α的取值范围为1-∞，优选α=5-10。

如图2所示为不同α值下光纤色散随波长的变化曲线示意图，结合图2的仿真结果可知，固定1550nm为光纤的零色散点，当光纤在1550nm处色散值固定为零时，光纤在1550nm处的色散斜率随α值的增大而减小，因此增大α值可以有效降低高非线性光纤的色散斜率。

为提高光纤的非线性参量，需要减小光纤的有效模场面积，即降低模场直径。当α值从1增大到6的过程中，光纤的模场直径快速减小；当α值从6增大到10的过程中，光纤的模场直径缓慢减小；当α值从10增大到100的过程中，光纤的模场直径逐渐增大。同时地，光纤的衰减随α值的增大而增大。

图2中拟合以上四条曲线，计算1550nm处不同α值下光纤的色散斜率如下表1所示，可以看出本方案设计的α=6条件下比通常目前常用的高非线性光纤芯区的折射率剖面呈抛物线（α=2）渐变型结构的色散斜率要小一倍以上。

表1：1550nm处不同α值下光纤的色散斜率

图3为固定1550nm为光纤的零色散点时MFD（Mode Field Diameter，模场直径）随α值的变化曲线示意图。从图3中可以看出，当α值从2增大到6的过程中，光纤的模场直径快速减小，随后模场直径逐渐增大。因此，本方案设计的α=6条件下比通常目前常用的高非线性光纤芯区的折射率剖面呈抛物线（α=2）渐变型结构可以有效提高非线性系数。

在一种可能的实施例中，设定区域的圆弧顶处折射率分布函数为：

，其中，delta(r)表示与纤芯轴心的距离为r的位置处的折射率，α=6；k=1-[(d-Δd1)/d)]^2，a为纤芯直径。

在一种可能的实施例中，纤芯的材料为掺锗石英，直径a可以在3-4μm 范围内，优选a=3.5±0.1μm，相对折射率delta1可以在0.02-0.05范围内，优选delta1=0.03±0.005。

在一种可能的实施例中，内包层的材料为掺氟石英，直径b可以在

在一种可能的实施例中，外包层的材料为纯石英，直径125±5μm。

在一种可能的实施例中，光纤涂覆层的材料为保偏涂料DSM152136，直径245±10μm。

本发明实施例提供的一种高非线性石英光纤，光纤芯区折射率分布剖面结合了阶跃型和渐变型，在芯区折射率最大值的前7/8高度处，采取了阶跃型（α=∞）折射率设计；在折射率最大值的前1/8深度处，采取了α=6的圆弧顶渐变型折射率设计；具有较高的非线性系数的同时，具有较低的衰减系数以及平坦的色散斜率。

本发明与目前常用的高非线性光纤芯区的折射率剖面相比，在芯区折射率最大值的前7/8高度处，采取了阶跃型（α=∞）折射率设计；在折射率最大值的前1/8深度处，采取了α=6的圆弧顶渐变型折射率设计；具有较高的非线性系数的同时，具有较低的衰减系数以及平坦的色散斜率，光纤在1550nm的色散斜率只能达到0.02ps/nm

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。