[发明专利]可抑制受激布里渊散射效应的高拉曼增益光纤及制备方法

说明书

本发明公开了一种可抑制受激布里渊散射效应的高拉曼增益光纤及制备方法，其中，光纤包括纤芯、包层、涂覆层。纤芯半径为1μm～4μm，纤芯相对折射率差为0.9％～3％。纤芯外的包层从内到外依次为：下陷内包层、外包层。厚度分别为1μm～20μm和38.5μm～60.5μm，下陷内包层相对折射率差为‑1.6％～‑0.02％。包层外的涂覆层从内到外依次为：内涂覆层和外涂覆层，厚度分别为25μm～45μm和30μm～50μm。本发明提供的光纤具有高拉曼增益系数和较高的布里渊阈值，通过在光纤纤芯和包层中引入不同掺杂可获得声光场的共同激励，在减小有效模面积，提高拉曼增益系数的同时，还将声场扩散至内包层中导通，降低了声光模耦合效率，有效地抑制了光纤中的受激布里渊散射效应。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，更具体地，涉及一种可抑制受激布里渊散射效应的高拉曼增益光纤及制备方法。

背景技术

光纤中的受激拉曼散射效应可以将位于其增益谱带宽内的信号放大，因此可以利用拉曼放大特性构建拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器，在光纤通信和光纤传感中有着广泛的应用。而光纤作为激光器和放大器的增益介质，对器件输出光的波长、功率甚至噪声特性均有着决定性的作用，因此具有重要意义。由于光纤通信和光纤传感中对高增益、大范围可调谐、低噪声特性的放大器和激光器的需求，故应用于拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器的光纤应该具有拉曼增益系数高、其他非线性效应弱等特点。

公开号为US 7006742 B2的专利文件中公开了一种高非线性光纤，该光纤具有较高的非线性系数，使得光纤中的非线性效应增强；受激布里渊散射效应的阈值比受激拉曼散射效应的阈值低2个数量级，因此当受激拉曼散射效应发生的时候，受激布里渊散射效应也一定会发生，从而影响泵浦光转换效率和器件噪声特性，故该专利文件公开的光纤并不能完全满足目前拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器的应用需求。公开号为CN 103645538 A的专利文件中公开了一种双包层拉曼光纤，该光纤通过双包层结构和纤芯中掺杂锗材料或磷材料以得到较高的拉曼增益，来增强受激拉曼散射效应，但是它并未对光纤中的受激布里渊散射效应进行抑制，在窄线宽拉曼光纤激光器的应用中可能存在泵浦光转换效率不高的问题，故该专利文件公开的光纤也不能完全满足目前拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器的应用需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种可抑制受激布里渊散射效应的高拉曼增益光纤及制备方法，其目的在于通过光纤的掺杂物质、掺杂浓度、纤芯尺寸、芯包结构等基本参数进行优化，改变光纤中材料分子振动态、声光场的激励与耦合等物理过程，产生同时具有高拉曼增益系数、高布里渊阈值等特点的光纤，以满足拉曼光纤放大器和拉曼光纤激光器的应用需求。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

光纤的结构包括纤芯、包层、涂覆层。纤芯半径为1μm～4μm，相对折射率差为0.9％～3％。纤芯外的包层从内到外依次为：下陷内包层、外包层。下陷内包层的厚度为1μm～20μm，下陷内包层相对折射率差为-1.6％～-0.02％；外包层的厚度为38.5μm～60.5μm。包层外的涂覆层从内到外依次为：内涂覆层和外涂覆层。内涂覆层的厚度为25μm～45μm，外涂覆层的厚度为30μm～50μm。其中，相对折射率的定义为：n_i和n₀分别为光纤各部分对应的折射率和纯石英玻璃的折射率。

按上述方案，所述的纤芯半径为1.5μm～3μm。其目的在于减小光纤有效模面积，增强光纤非线性效应，提高拉曼增益系数。

按上述方案，所述的下陷内包层厚度为3μm～12μm。其目的在于引入双包层结构，增加光纤可操控维度，如内包层厚度以及内包层材料掺杂浓度等。与单包层光纤相比，双包层结构更容易满足光纤高拉曼增益系数和高布里渊阈值的需求，且双包层结构对光有更强的束缚能力和更小的有效模面积，从而提高了拉曼增益系数；同时，双包层结构的引入改变了光纤原有的声波导和光波导结构，使声光模耦合效率降低，从而抑制了光纤中的受激布里渊散射效应，提高了布里渊阈值。