硫系玻璃微结构光纤的研究

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【标题】硫系玻璃微结构光纤的研究

【作者】 彭涛 

【关键词】高非线性 平坦色散 硫系玻璃 微结构光纤 制备 

【出版日期】2018-01-01

【论文级别】博士

【导师】徐铁峰;王训四

【摘要】微结构光纤,又称光子晶体光纤,是一种近二十年来新提出的特种光纤。其因可变的光纤结构获得了无截止单模传输、高非线性系数及色散可调等优秀的光学特性。因此,其在超连续谱的产生及拉曼放大等方面的应用,受到了极大的关注。传统石英材料的微结构光纤由于受到其红外截止波长及较小的非线性系数的限制,很难在中红外区域产生高非线性系数的光纤。硫系玻璃因其具有优秀的中、远红外透过性能,高折射率,高非线性折射率系数及优良的热稳定性,受到微结构光纤制备研究者的广泛关注。由于非线性系数及色散是涉及到微结构光纤应用的重要参数,特别是高非线性系数色散平坦的微结构光纤是超连续谱产生的关键器件,因此相关结构设计方面的研究不断出现,但其工作主要是针对某特定结构参数进行。本论文针对悬吊芯型、堆积型两种不同结构的有效折射率引导型微结构光纤,分别改变光纤的结构参数,通过仿真、数据拟合及分析,系统地研究其对非线性系数和色散的影响,并优化获得高非线性色散平坦的硫系微结构光纤,最后通过实际制备获得相应的光纤。主要研究成果归纳如下:1)采用有效折射率拟合法,获得光纤的色散。通过统一的自定义拟合函数,大大降低拟合过程中系统误差对拟合效果的影响,使拟合函数的平均确定系数大于0.9998,和方差小于6.57e~(-5);2)通过有限元法,仿真获得不同结构参数(空气孔内径d、外径d1及悬吊臂厚度t)的As_2S_3三悬吊芯微结构光纤,在0.6-11.6μm波段下的有效折射率及非线性系数,并拟合获得其色散曲线。最后系统地分析结构参数对该光纤的非线性系数及色散的影响。研究发现,当t=1μm,d1=40μm,d=1.7μm时,其非线性系数最高可达17.48 m~(-1)W~(-1),且该结构光纤存在1.944μm和3.65μm两个零色散点。3)设计了一种内六边形套管的As2S3堆积型微结构光纤,并通过上述相同的方法获得不同的结构参数(毛细管内径d2、外径d1及堆积层数N)对该光纤的非线性系数及色散的影响。研究发现,d1对该光纤的非线性系数及色散的影响最大,当d1=6μm,d2=2μm,N=2时,该光纤在7.5-11.6μm波段出现超平坦色散区域,色散值只有约10ps/(km·nm),非线性系数最高为2.24543m~(-1)W~(-1),随着d1的不断降低,非线性系数会逐渐增加;4)结合挤压法和堆积法,成功制备出直径为400μm的内六边形套管As2S3堆积型微结构光纤。通过从玻璃、预制棒以及光纤的制备这三个过程,从工艺上对堆积型微结构光纤的制备进行了一定的探索。并通过光纤端面检测、近场测试以及光纤损耗测试,对今后堆积型微结构光纤的制备工艺提出了改进的方向。

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