本發(fā)明涉及光纖通信系統(tǒng)中色散補(bǔ)償器件領(lǐng)域，尤其涉及一種超大正色散的zblan氟化物光子晶體光纖。

背景技術(shù)：

在中紅外波長(2.5um-25um)的高峰值功率的超短脈沖波長在國防、激光手術(shù)、工業(yè)加工、作為產(chǎn)生中紅外和遠(yuǎn)紅外光譜的泵浦源等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。同時中紅外波長的高峰值功率的超短脈沖也是對塑料，聚合物，玻璃等物質(zhì)整形和處理的理想光源。2015年，duval等人已經(jīng)實現(xiàn)了中紅外波段下，脈沖間距為207fs，峰值功率為3.5kw的超短高峰值脈沖。然而沒有額外的色散補(bǔ)償器引入到產(chǎn)生超短脈沖的腔內(nèi)，很難再進(jìn)一步縮短脈沖。zblan氟化物在中紅外波段吸收損耗很低，是選作色散補(bǔ)償器的一種很好的材料。2016年，qinglinyang等人設(shè)計了一種正色散的單包層zblan氟化物光纖，通過減少核心的直徑和擴(kuò)大數(shù)值孔徑na,最終在3um處色散值達(dá)到了-685ps/km/nm。然而,設(shè)計小核心直徑將會導(dǎo)致大的插入損耗和限制損耗，同時也容易引起模場的畸變，影響產(chǎn)生脈沖的帶寬。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于：為解決現(xiàn)有的氟化物光纖由于色散不能補(bǔ)償而不能產(chǎn)生脈寬很窄的鎖模脈沖和有較大限制損耗的問題，本發(fā)明提供一種超大正色散的zblan氟化物光子晶體光纖。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種超大正色散的zblan氟化物光子晶體光纖，光纖的材料為53zrf4-20baf2-4laf3-3alf3-20naf，所述光纖包括纖芯、包覆在纖芯外的內(nèi)包層、包覆在內(nèi)包層外的外包層，所述內(nèi)包層為由兩層小空氣孔道構(gòu)成的正六邊形結(jié)構(gòu)，所述外包層為由四層大空氣孔道構(gòu)成的正六邊形結(jié)構(gòu)。

所述大空氣孔道的橫截面積不超過所述小空氣孔道的橫截面積的2倍。

優(yōu)選地，在光纖同一截面中，每一層小空氣孔道和每一層大空氣孔道中位于正六邊形六個頂點處的小空氣孔道中心和大空氣孔道中心在同一直線上。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)包層的兩層小空氣孔道構(gòu)成的正六邊形的邊長分別為1.35um和2.7um；，所述外包層的四層大空氣孔道構(gòu)成的正六邊形的邊長分別為4.05um、5.4um、6.75um、8.1um。

進(jìn)一步地，所述光纖直徑為18um，小空氣通道的直徑為1um，大空氣通道的直徑為1.3um；

相鄰的小空氣通道的間距為1.35um，相鄰的大空氣通道的間距為1.35um；小空氣通道和大空氣通道的接壤處，小空氣通道和大空氣通道的間距也為1.35um。

具體地，所述光纖的材料為53zrf4-20baf2-4laf3-3alf3-20naf。

采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果如下：

(1)通過設(shè)計的超大正色散zblan氟化物光子晶體光纖，達(dá)到了在1.8um-3.6um波長圍內(nèi)能夠產(chǎn)生正色散，尤其在波長為2.9um處產(chǎn)生-351.3ps/km/nm的最大正色散值且限制損耗小到0.05db/m，可以用作產(chǎn)生3um超短高能脈沖的色散補(bǔ)償光纖。

(2)有效地解決了傳統(tǒng)的中紅外脈沖光纖激光器由于色散無法補(bǔ)償導(dǎo)致脈沖不能壓縮的問題。

(3)裝置可移植性好，可以和任意濃度的摻雜氟化物光纖結(jié)合使用，另外，本發(fā)明中光纖的結(jié)構(gòu)加工工藝簡單，工藝加工易實現(xiàn)，有利于實際應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的光纖截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的光纖色散和限制損耗隨著波長變化的曲線圖；

圖中標(biāo)記：1-纖芯，2-內(nèi)包層，21-小空氣孔道，3-外包層，31大空氣孔道。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本實施例中的超大正色散的zblan氟化物光子晶體光纖，光纖的材料為53zrf4-20baf2-4laf3-3alf3-20naf。

如圖1所示，光纖包括纖芯1、包覆在纖芯1外的內(nèi)包層2、包覆在內(nèi)包層2外的外包層3，在光纖的同一截面，所述內(nèi)包層2為由兩層小空氣孔道21構(gòu)成的正六邊形結(jié)構(gòu)，所述外包層3為由四層大空氣孔道31構(gòu)成的正六邊形結(jié)構(gòu)，正六邊形的結(jié)構(gòu)更加方便對色散值進(jìn)行控制，所述光纖1橫截面呈中心對稱圖形。所述的小空氣道2和大空氣孔道3沿光纖軸線平行排列。小空氣道2和大空氣孔道3均為圓形，圓形的空氣孔道也方便工藝上的加工。

在光纖同一截面中，每一層小空氣孔道21和每一層大空氣孔道31的排列規(guī)則相同，每一層小空氣孔道21和每一層大空氣孔道31中位于正六邊形六個頂點處的小空氣孔道21中心和大空氣孔道31中心在同一直線上。所有的內(nèi)包層2和外包層3均為正六邊形，對于相鄰兩層的排列，本實施例中選擇的排列方式為所有的六邊形對應(yīng)相同的端點在同一條直線上，如果按照其他的方式排列，比如內(nèi)層的六邊形的端點正對于相鄰的外層的六邊形的邊長中間，這種情況會導(dǎo)致對應(yīng)的內(nèi)包層2與外包層3間折射率間有個較大的過度區(qū)，導(dǎo)致限制損耗大。并且內(nèi)包層2和外包層3各自內(nèi)部兩層之間呈現(xiàn)這種不規(guī)則的排列，使得其內(nèi)部空氣孔道之間的距離不一致，在一定程度上也會分別影響到內(nèi)包層2和外包層3各自的折射率，從而分別導(dǎo)致限制損耗的增大和色散值的減小。

內(nèi)包層2的兩層小空氣孔道21構(gòu)成的正六邊形的邊長分別為1.35um和2.7um；所述外包層3的四層大空氣孔道31構(gòu)成的正六邊形的邊長分別為4.05um、5.4um、6.75um、8.1um。光纖直徑為18um，光纖直徑為18um，這是一個定值。小空氣通道21的直徑為1um，大空氣通道31的直徑為1.3um。相鄰的小空氣通道21的間距(孔心和孔心之間的距離)為1.35um，大空氣通道31的間距為1.35um；小空氣通道21和大空氣通道31的接壤處，小空氣通道21和大空氣通道31的間距也為1.35um。

小空氣孔道的直徑為1um小于大空氣孔道的直徑1.3um，使得內(nèi)包層2的有效折射率高于外包層3的有效折射率，這種漸變增大的空氣孔的結(jié)構(gòu)，在減少內(nèi)包層2和內(nèi)包層3空氣孔的層數(shù)的同時降低了損耗。外包層3的層數(shù)為4層，當(dāng)外包層3的層數(shù)小于4層時，外包層3的大空氣孔道31的面積減小，使得外包層的折射率過高，會增大限制損耗；當(dāng)外包層3的層數(shù)大于4層時，光纖結(jié)構(gòu)會變得復(fù)雜。當(dāng)內(nèi)包層2的層數(shù)小于2層時，內(nèi)包層2的折射率過高，色散值降低；當(dāng)內(nèi)包層2的層數(shù)大于層2時候，內(nèi)包層2的折射率變小，纖芯的相對折射變高，使得纖芯對傳輸光的約束能力變強(qiáng)，導(dǎo)致光束色散值降低。光纖中心沒有空氣孔，即為纖芯1。

本發(fā)明中整個氟化物光纖的結(jié)構(gòu)使得纖芯1的折射率高于內(nèi)包層2折射率。由于折射率：外包層3>內(nèi)包層2>纖芯1，所以群速度：外包層3<內(nèi)包層4<纖芯1。當(dāng)光纖中的波長發(fā)生變化時候，模場在外包層3，內(nèi)包層2，纖芯1中的分布受到影響，群速度發(fā)生改變，從而導(dǎo)致色散的大幅度變化。

根據(jù)光子晶體光纖的色散d和限制損耗cl計算公式：

其中的re(neff)是有效折射率的實部，im(neff)是有效折射率的虛部。

設(shè)計的結(jié)構(gòu)通過改變neff從而改變了色散d和限制損耗cl。

如圖2所示，經(jīng)過comsolmultiphysics軟件在我們設(shè)計的光子晶體氟化物光纖上進(jìn)行仿真，得到了超大正色散光子晶體光纖在波長范圍為1.8um-3.6um內(nèi)色散和限制損耗隨著波長變化的關(guān)系。色散值隨著波長的增加先增大后減小，且在波長為2.9um處達(dá)到了最大的色散值為-351.3ps/km/nm。限制損耗隨著波長的增加而增加，在波長為2.9um處為0.05db/m，是一個很小的限制損耗值。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。