一种E波段色散补偿光纤的制作方法

一种e波段色散补偿光纤
技术领域
1.本发明属于光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种e波段色散补偿光纤。


背景技术：

2.单模光纤作为信号传输介质，广泛应用于通信领域。但其内部的正色散累积，会导致信号脉冲展宽。利用具有大负色散的色散补偿光纤，对前端单模光纤中累积的正色散进行补偿，是提高通信系统性能的方法之一。
3.实现大负色散特性，常采用的一种技术方案是同轴双芯色散补偿光纤。此方案，由光纤中心向外依次包括内芯、内包层、外芯和外包层。内芯模式折射率数值的上限大于外芯模式折射率数值的上限，内芯模式折射率数值的下限等于或小于外芯模式折射率数值的下限。因此，内芯模式折射率数值大于外芯模式折射率数值，内芯模式折射率随波长变化曲线的斜率大于外芯模式折射率随波长变化曲线的斜率。在内、外芯模式折射率随波长变化曲线斜率差大(斜率失配)的前提下，调整内、外芯模式折射率数值，使两者在某一波长相交(数值匹配)，但在其他波长两曲线快速分开。根据耦合模理论可知，模式折射率数值越接近，模式耦合越强。在交点附近耦合强烈而在其他波长耦合较弱，造成仅在交点处内、外芯模式折射率数值突变，进而形成整个模式折射率随波长变化的曲线在该点附近折变，从而产生大负色散。
4.当前光通信系统主要集中在s波段、c波段和l波段，随着5g的发展，开始尝试用e波段通信，因此对e波段的色散补偿光纤也产生了需求。但是，e波段(1360～1460nm)相比现有的通信波段波长更短，如果基于常规的同轴双芯色散补偿光纤构成方案，仅对其结构参数进行参数优化，将工作波长蓝移至e波段，内芯模式在工作波长处的负色散数值的绝对值、光纤与前端单模光纤的耦合损耗及光纤的限制和弯曲损耗等三方面性能将急剧恶化。如何消除色散补偿光纤的工作波长位置与内芯模式在工作波长处的负色散数值的绝对值、光纤与前端单模光纤的耦合损耗、光纤的限制和弯曲损耗等性能对光纤参数相反需求的矛盾，得到性能良好的e波段色散补偿光纤是本领域需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明通过提供一种e波段色散补偿光纤，解决现有技术中无法得到性能良好的e波段色散补偿光纤的问题。
6.本发明提供一种e波段色散补偿光纤，由光纤中心向外依次包括中心空气孔、第一高折射率固体环、第一低折射率固体环、第二高折射率固体环和第二低折射率固体环；
7.所述中心空气孔的折射率n1＝1，第一直径d1＜1360nm；
8.所述第一高折射率固体环的折射率为n2，第一环宽l1的范围为3.5～4.4μm；
9.所述第一低折射率固体环的折射率为n3，第二环宽l2＞1460nm；
10.所述第二高折射率固体环的折射率为n4，第三环宽l3＜l1；
11.所述第二低折射率固体环的折射率为n3，第二直径d2的范围为125
±
1μm；
12.其中，n4﹥n2﹥n3﹥n1。
13.优选的，所述中心空气孔和所述第一高折射率固体环作为光纤的内芯，所述第一高折射率固体环和所述第一低折射率固体环作为光纤的外芯的内侧包层，所述第二高折射率固体环作为光纤的外芯，所述第二低折射率固体环作为光纤的外芯的外侧包层。
14.优选的，光纤的内芯模式的折射率的上限为：光纤的外芯模式的折射率的下限为：
15.优选的，所述第一直径d1的范围为1.1～1.3μm。
16.优选的，所述第一环宽l1的范围为3.8～4.2μm。
17.优选的，所述第二环宽l2的范围为8.0～10.0μm。
18.优选的，所述第三环宽l3的范围为3.0～3.5μm。
19.优选的，所述第一高折射率固体环的折射率n2的范围为1.010n3～1.011n3。
20.优选的，所述第二高折射率固体环的折射率n4的范围为(n2 0.00005)～(n2 0.00015)。
21.优选的，所述第一低折射率固体环和所述第二低折射率固体环均采用纯石英玻璃材料。
22.本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
23.本发明提供的e波段色散补偿光纤由光纤中心向外依次包括中心空气孔、包裹中心空气孔并且与中心空气孔同心的第一高折射率固体环、包裹第一高折射率固体环并且与中心空气孔同心的第一低折射率固体环、包裹第一低折射率固体环并且与中心空气孔同心的第二高折射率固体环、包裹第二高折射率固体环并且与中心空气孔同心的第二低折射率固体环五部分：中心空气孔、第一高折射率固体环、第一低折射率固体环、第二高折射率固体环和第二低折射率固体环的折射率分别为n1、n2、n3、n4、n3，且n4﹥n2﹥n3﹥n1，本发明中的第一高折射率固体环为圆环形状，位于其内部的中心空气孔直径小于e波段下限波长1360nm，因此第一高折射率固体环和中心空气孔构成的整体结构是本发明的内芯。上述方案使得内芯模式部分能量保留在第一高折射率固体环中，部分能量扩散进入中心空气孔中，即内芯模式在内芯中的场分布受到第一高折射率固体环与中心空气孔的共同作用。因此，光纤的内芯模式的折射率数值上限由第一高折射率固体环的折射率与空气的折射率共同决定，且与场分布有关：短波时，能量进入中心空气孔少，则中心空气孔部分作用弱、第一高折射率固体环部分作用强，内芯模式的折射率数值上限高；长波时，能量进入中心空气孔多，则中心空气孔部分作用强、第一高折射率固体环部分作用弱，内芯模式的折射率数值上限低。由于内芯模式在内芯中的场分布随波长红移而逐渐进入中心空气孔中，因此内芯模式折射率上限会随波长红移而降低。本发明中位于第二高折射率固体环内侧的第一低折射率固体环的环宽大于e波段上限波长1460nm，因此第二高折射率固体环部分是本发明的外芯，位于其内、外两侧的光纤结构分别构成其包层。由于第二高折射率固体环的折射率高于第一高折射率固体环的折射率，因此外芯的内侧包层可以看成是第一低折射率固体环和第一高折射率固体环构成的两层包层的结构。外芯模式扩散进内侧包层的一部分能量分布在第一低折射率固体环中，另一部分能量分布在第一高折射率固体环中，即外芯模式在内侧包层中的
场分布受到第一低折射率固体环和第一高折射率固体环的共同作用，因此外芯模式的折射率数值下限由第一低折射率固体环的折射率与第一高折射率固体环的折射率共同决定，且与场分布有关：短波时，能量进入第一高折射率固体环少，则第一高折射率固体环部分作用弱，第一低折射率固体环部分作用强，外芯模式的折射率数值下限低；长波时，能量进入第一高折射率固体环多，则第一高折射率固体环部分作用强、第一低折射率固体环部分作用弱，外芯模式的折射率数值下限高。由于外芯模式在内侧包层中的场分布随波长红移而改变，因此外芯模式折射率下限随波长红移而升高。通过上述一系列技术方案的有机作用，本发明消除了色散补偿光纤的工作波长位置与内芯模式在工作波长处的负色散数值的绝对值、光纤与前端单模光纤的耦合损耗、光纤的限制和弯曲损耗等方面性能对光纤参数相反需求的矛盾。本发明不仅实现了将工作波长蓝移至e波段，同时保证了光纤在工作波长处的负色散数值的绝对值大，与前端单模光纤的耦合损耗低，限制与弯曲损耗低的特性。
附图说明
24.图1为本发明提供的一种e波段色散补偿光纤的横截面及折射率的示意图；
25.图2为本发明实施例1提供的一种e波段色散补偿光纤的内、外芯模式的折射率数值随波长变化的曲线；
26.图3为本发明实施例1提供的一种e波段色散补偿光纤的内芯模式的色散数值随波长变化的曲线；
27.图4为本发明实施例2提供的一种e波段色散补偿光纤的内、外芯模式的折射率数值随波长变化的曲线；
28.图5为本发明实施例2提供的一种e波段色散补偿光纤的内芯模式的色散数值随波长变化的曲线；
29.图6为本发明实施例3提供的一种e波段色散补偿光纤的内、外芯模式的折射率数值随波长变化的曲线；
30.图7为本发明实施例3提供的一种e波段色散补偿光纤的内芯模式的色散数值随波长变化的曲线。
具体实施方式
31.为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
32.参见图1，本发明提供一种e波段色散补偿光纤，工作波长为1360～1460nm，由光纤中心向外依次包括中心空气孔、第一高折射率固体环、第一低折射率固体环、第二高折射率固体环和第二低折射率固体环；
33.所述中心空气孔的折射率n1＝1，第一直径d1＜1360nm；
34.所述第一高折射率固体环的折射率为n2，第一环宽l1的范围为3.5～4.4μm；
35.所述第一低折射率固体环的折射率为n3，第二环宽l2＞1460nm；
36.所述第二高折射率固体环的折射率为n4，第三环宽l3＜l1；
37.所述第二低折射率固体环的折射率为n3，第二直径d2的范围为125
±
1μm；
38.其中，n4﹥n2﹥n3﹥n1。
39.所述中心空气孔和所述第一高折射率固体环作为光纤的内芯，所述第一高折射率固体环和所述第一低折射率固体环作为光纤的外芯的内侧包层，所述第二高折射率固体环作为光纤的外芯，所述第二低折射率固体环作为光纤的外芯的外侧包层。
40.光纤的内芯模式的折射率的上限为：光纤的外芯模式的折射率的下限为：
41.优选的方案中，所述第一直径d1的范围为1.1～1.3μm，所述第一环宽l1的范围为3.8～4.2μm，所述第二环宽l2的范围为8.0～10.0μm，所述第三环宽l3的范围为3.0～3.5μm。所述第一高折射率固体环的折射率n2的范围为1.010n3～1.011n3，所述第二高折射率固体环的折射率n4的范围为(n2 0.00005)～(n2 0.00015)，所述第一低折射率固体环和所述第二低折射率固体环均采用纯石英玻璃材料，n3为1.45732。
42.本发明不仅实现了将工作波长蓝移至e波段，同时保证了光纤在工作波长处的负色散数值的绝对值大，与前端单模光纤的耦合损耗低，限制与弯曲损耗低的特性。
43.下面对本发明进行详细说明。
44.本发明提供的技术方案可以同时解决了以下三个技术问题：
45.一、工作波长蓝移至e波段时，内芯模式在工作波长处负色散数值的绝对值大。
46.从内、外芯模式折射率数值匹配角度，本发明的第一低折射率固体环的折射率等于第二低折射率固体环的折射率，即内、外芯模式的折射率数值初始下限相等，在此基础上，一方面本发明采用内芯由第一高折射率固体环和直径小于e波段下限波长1360nm的中心空气孔共同构成的方案，使得内芯模式的折射率数值上限由第一高折射率固体环的折射率与空气的折射率共同决定。由于空气折射率数值远小于光纤其他部分折射率数值，因此在光纤中心引入空气孔具有减小内芯折射率的效果，使内芯模式折射率数值上限降低，进而减小内芯模式折射率数值，使内芯模式折射率数值随波长红移曲线降低，有利于工作波长向e波段移动。另一方面本发明采用第二高折射率固体环的折射率大于第一高折射率固体环的折射率的方案，可以增大其外芯模式折射率的上限，进而增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于工作波长向e波段移动。除此之外，本发明第二高折射率固体环折射率大于第一高折射率固体环折射率，第一高折射率固体环宽的设计，以及减小第一低折射率固体环宽的方案的综合作用，也可以增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于工作波长向e波段移动。其原因在于：本发明外芯的内侧包层由第一低折射率固体环和第一高折射率固体环共同构成，使得外芯模式的折射率数值下限由第一低折射率固体环的折射率与第一高折射率固体环的折射率共同决定。位于外芯两侧的第一低折射率固体环和第二低折射率固体环的折射率数值相等，而第一高折射率固体环的折射率数值大于第一低折射率固体环的折射率数值，因此第一高折射率固体环具有增大外芯内侧包层折射率的效果，使外芯模式折射率下限升高。而当光从折射率较小的第一高折射率固体环入射到折射率较大的第二高折射率固体环时不会发生全反射，所以第二高折射率固体环不能作为内芯包层的一部分。因此，外芯没有增大内芯包层折射率的效果，不会使内芯模式折射率下限升高。上述调控内、外芯模式折射率数值的方案综合作用，保证了内芯模式折射率数值随波长红移曲线与外芯模式折射率数
值随波长红移曲线可以在e波段的某一波长相交。交点附近内、外芯模式折射率数值匹配(数值相等或相近)，满足了内、外芯模式在工作波长处发生谐振的其中一个条件。
47.从内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率失配角度，本发明内芯由第一高折射率固体环和直径小于e波段下限波长1360nm的中心空气孔共同构成，使得(1)当光波长小于空气孔直径时，内芯模式的能量主要聚集在第一高折射率固体环中，扩散至中心空气孔中的能量很少，内芯模式折射率数值以第一高折射率固体环的折射率数值作为上限，所以其数值较高；(2)当光波长大于空气孔直径时，分布在第一高折射率固体环的能量变少，扩散进入中心空气孔中的能量变多，内芯模式折射率数值以第一高折射率固体环的折射率数值和空气折射率数值按面积折算的均值(以下称为内芯平均折射率)作为上限。由于空气折射率数值远小于光纤其他部分折射率数值，使内芯平均折射率数值小于第一高折射率固体环的折射率数值，所以与光波长小于空气孔直径时相比，此时内芯模式折射率数值明显降低。(1)和(2)的共同作用，增大了内芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值，使内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率绝对值差增大，有利于实现内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率最大失配。本发明外芯的内侧包层由第一低折射率固体环和第一高折射率固体环共同构成，使得(3)当光波长为短波时，外芯模式的能量扩散至第一低折射率固体环的能量多，扩散至第一高折射率固体环的能量很少，外芯模式折射率数值以第一低折射率固体环的折射率数值作为下限，所以其数值较低；(4)当光波长为长波时，外芯模式的能量扩散至第一低折射率固体环的能量变少，扩散至第一高折射率固体环的能量变多，外芯模式折射率数值以第一低折射率固体环的折射率数值和第一高折射率固体环的折射率数值按面积折算的均值(以下称为外芯内侧包层平均折射率)作为下限。由于第一高折射率固体环的折射率数值大于第一低折射率固体环的折射率数值，使内侧包层平均折射率数值小于第一低折射率固体环的折射率数值，所以与光波长为短波时相比，此时外芯模式折射率数值明显升高。(3)和(4)的共同作用，减小了外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值，使内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率绝对值差增大，有利于实现内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率最大失配。上述调控内、外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值的方案综合作用，增大了内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率绝对值差(即实现了内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率最大失配)。由于内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率失配，使内、外芯模式的能量从不完全耦合到谐振的状态转换速度变快(即在工作波长附近向工作波长靠近时，内芯和外芯模式折射率随波长红移曲线迅速接近，使两者差值迅速减小)，从而起到增强内、外芯模式在工作波长处耦合强度的目的。
48.从增强内、外芯模式耦合角度，本发明的第一高折射率固体环为圆环形状，其内侧紧邻直径小于e波段下限波长1360nm的中心空气孔，外侧紧邻第一低折射率固体环的方案，使第一高折射率固体环内、外两侧边界条件不同。由于空气的折射率数值远小于第一低折射率固体环的折射率数值，使内芯模式在第一高折射率固体环中的场分布向第一低折射率固体环一侧偏移，有利于增强内、外芯模式耦合。本发明的第二高折射率固体环的宽度小于第一高折射率固体环的宽度、外芯两侧的第一低折射率固体环和第二低折射率固体环的折射率数值相等，由于第一高折射率固体环的折射率数值小于第二高折射率固体环的折射率数值，使得内侧包层平均折射率数值大于第二低折射率固体环的折射率数值，所以外芯模式的能量容易向内侧扩散的方案，可以减弱外芯对光的限制能力，使得第二高折射率固体
环的场分布向第一低折射率固体环一侧偏移，有利于增强内、外芯模式耦合。本发明减小第一低折射率固体环的宽度的方案，可以减小内芯与外芯距离，有利于增强内、外芯模式耦合。在同时满足了内芯模式与外芯模式折射率数值匹配与斜率失配的条件下，上述方案保证了内、外芯模式在工作波长处可以耦合，使内、外芯模式在工作波长处可以发生谐振，从而增强了内、外芯模式在工作波长处的耦合强度，使得内芯模式在工作波长处的大负色散数值的绝对值增大。
49.二、工作波长蓝移至e波段时，内芯模式在工作波长处与前端单模光纤的耦合损耗低。
50.本发明第一高折射率固体环宽的设计，保证了由中心空气孔和第一高折射率固体环构成的内芯的直径与前端单模光纤的芯径在数值上的匹配；在芯径数值匹配基础上，本发明中心空气孔的直径小于e波段下限波长1360nm的方案，在工作波长时光能量可扩散到中心空气孔中，因此中心空气孔对内芯模场的高斯分布影响小，进一步保证了内芯模式与前端单模光纤模式的模场匹配。因此，本发明内芯的构成方案可以降低与前端单模光纤的耦合损耗。
51.三、工作波长蓝移至e波段时，内芯模式在工作波长处的限制和弯曲损耗低。
52.本发明实现工作波长蓝移至e波段的方案不依赖于内芯直径的减小，也不依赖于第一高折射率固体环的折射率数值的降低和第一低折射率固体环的折射率数值的增大，因此不会恶化内芯模式的限制损耗和弯曲损耗。
53.根据本发明光纤的结构、参数及其工作原理可知，当光波长趋近于0时(短波极限情况下)，内芯模式的能量主要聚集在第一高折射率固体环中，所以内芯模式折射率数值以第一高折射率固体环的折射率数值n2作为上限；当光波长趋近于∞时(长波极限情况下)，内芯模式的能量大部分进入空气孔中，此时内芯模式的能量均匀分布在第一高折射率固体环和中心空气孔中，所以内芯模式折射率数值以第一高折射率固体环的折射率数值和空气折射率数值按面积折算的平均折射率数值(其中，n1＝1)作为上限。因此，内芯模式折射率上限随波长蓝移增大，取值范围为：当光波长趋近于0时(短波极限情况下)，外芯模式的能量主要聚集在第二高折射率固体环中，部分扩散进内侧包层的能量主要分布在第一低折射率固体环中，所以外芯模式折射率数值以第一低折射率固体环的折射率数值n3作为下限；当光波长趋近于∞时(长波极限情况下)，扩散进内侧包层的能量大部分进入第一高折射率固体环中，此时外芯模式在内侧包层中的能量均匀分布在第一低折射率固体环和第一高折射率固体环中，所以外芯模式折射率数值以第一低折射率固体环的折射率数值和第一高折射率固体环的折射率数值按面积折算的平均折射率数值作为下限。因此，外芯模式折射率下限随波长红移增大，取值范围为：
54.本发明上述各结构及参数的技术效果如下。
55.(1)光纤的中心是圆形的中心空气孔，将会产生以下技术效果：
56.a.由于空气折射率n1远小于光纤其他部分折射率，因此在光纤中心引入空气孔具有减小内芯折射率的效果，使内芯模式折射率的数值上限从n2降低为进而减小内芯模式折射率数值，使内芯模式折射率数值随波长红移曲线降低，有利于内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移至e波段。
57.b.第一高折射率固体环与内侧空气的折射率差n
2-n1大于第一高折射率固体环与外侧第一低高折射率固体环的折射率差n
2-n3，使得内芯模式在第一高折射率固体环中的场分布向第一低折射率固体环一侧偏移，有利于增强内、外芯模式耦合。
58.(2)第一高折射率固体环的折射率n2大于第一低折射率固体环的折射率n3，将会产生以下技术效果：第一高折射率固体环与外侧第一低高折射率固体环的折射率差n
2-n3大，保证了内芯模式的限制损耗和弯曲损耗低。
59.(3)第一高折射率固体环宽l1的范围为3.5～4.4μm，将会产生以下技术效果：
60.a.使内芯的直径d1 2l1包含于单模光纤的直径范围内，保证了内芯的直径d1 2l1与前端单模光纤的芯径在数值上的匹配，有利于降低与前端单模光纤的耦合损耗。
61.b.内芯的直径d1 2l1大，保证了内芯模式的限制损耗和弯曲损耗低。
62.c.增大第一高折射率固体环和第一低折射率固体环的面积比，使外芯内侧包层的平均折射率增大，进而增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移至e波段。
63.(4)第一高折射率固体环包裹直径d1小于e波段下限波长1360nm的中心空气孔，两者联合作用将会产生以下技术效果：
64.a.决定了本发明的内芯由第一高折射率固体环和中心空气孔共同构成。
65.b.使得内芯模式部分能量保留在第一高折射率固体环中，部分能量扩散进入中心空气孔中，由于内芯模式分布在空气孔中的能量随波长红移而增多，因此内芯模式折射率上限随波长红移而降低，增大了内芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值，使内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率绝对值差增大，有利于实现内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率最大失配，从而增强内、外芯模式在工作波长处耦合强度。
66.c.使光能量在工作波长时可扩散到中心空气孔中，因此中心空气孔对内芯模场的高斯分布影响小，保证了内芯模式与前端单模光纤模式的模场匹配，有利于降低与前端单模光纤的耦合损耗。
67.(5)第一低折射率固体环宽l2大于e波段上限波长1460nm，将会产生以下技术效果：
68.a.决定了第二高折射率固体环部分是本发明的外芯，其内、外两侧光纤结构均可能构成其包层。
69.b.减小第一低折射率固体环的宽度l2，将减小内芯与外芯距离，有利于增强内、外芯模式耦合。
70.c.减小第一低折射率固体环的宽度l2，将增大第一高折射率固体环和第一低折射
率固体环的面积比，使外芯内侧包层的平均折射率增大，进而增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移至e波段。
71.(6)第二高折射率固体环的折射率n4大于第一高折射率固体环的折射率n2，将会产生以下技术效果：
72.a.可以增大其外芯模式折射率的上限，进而增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移至e波段。
73.b.决定了本发明的外芯的内侧包层由第一低折射率固体环和第一高折射率固体环共同构成。
74.c.由于第一高折射率固体环的折射率大于第一低折射率固体环的折射率，因此第一高折射率固体环具有增大外芯内侧包层折射率的效果，使外芯模式折射率下限从n3升高为进而增大外芯模式折射率数值，使外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，有利于内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移向e波段移动。
75.d.使得外芯模式扩散进内侧包层的一部分能量分布在第一低折射率固体环中，另一部分能量分布在第一高折射率固体环中，由于外芯模式分布在第一高折射率固体环中的能量随波长红移而增多，因此外芯模式折射率下限随波长红移而升高，减小了外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值，使内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率绝对值差增大，有利于实现内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率最大失配，从而增强内、外芯模式在工作波长处耦合强度。
76.e.外芯两侧的第一低折射率固体环和第二低折射率固体环的折射率数值相等，由于第二高折射率固体环与内侧包层的折射率差于第二高折射率固体环与内侧包层的折射率差小于第二高折射率固体环与外侧包层的折射率差n
4-n3，使第二高折射率固体环的场分布向第一低折射率固体环一侧偏移，有利于增强内、外芯模式耦合。
77.(7)第二高折射率固体环宽l3小于第一高折射率固体环宽l1，将会产生以下技术效果：减弱外芯对光的限制能力，有利于增强内、外芯模式耦合。
78.此外，相对于仅对常规的同轴双芯色散补偿光纤的结构参数进行优化使工作波长蓝移至e波段的改进思路，本发明还具有以下优点：
79.(1)如果减小常规的同轴双芯色散补偿光纤内芯的直径，可以降低其内芯模式折射率数值，在外芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，内芯模式折射率数值随波长红移曲线降低，使得两条曲线的交点，即工作波长(也就是谐振波长)蓝移。为了将工作波长调整到1550nm，并且增强工作波长处的耦合强度，常规的同轴双芯色散补偿光纤内芯的直径一般都小于前端单模光纤的直径。芯径尺寸的不匹配会增大同轴双芯色散补偿光纤与前端单模光纤的耦合时的损耗。进一步减小纤芯直径使工作波长蓝移的方案，会导致其与前端单模光纤的耦合损耗加剧。同时，其他条件不变时，过小的纤芯会导致内芯模式的限
制损耗和弯曲损耗增大。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤与前端单模光纤的耦合损耗低，限制损耗和弯曲损耗也不会恶化。
80.(2)如果降低常规的同轴双芯色散补偿光纤内芯的折射率，可以降低其内芯模式折射率的上限，使内芯模式折射率数值降低，在外芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，内芯模式折射率数值随波长红移曲线降低，使得两条曲线的交点，即工作波长蓝移。但是，内芯折射率降低后，会使内芯与内包层的折射率差减小。一方面，会减小内芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值。在外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值不变的情况下，会减小内、外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值差，造成内芯和外芯模式折射率随波长红移曲线在远离工作波长时分离速度变慢(即两者数值上的差值增大速度变慢)，使内、外芯模式的能量从不完全耦合到谐振状态(即从内、外芯模式折射率数值差大到内、外芯模式折射率数值相等)的过渡带增宽，导致内、外芯模式在工作波长处的耦合强度降低，使得内芯模式在工作波长处的大负色散数值的绝对值降低。另一方面，由于内芯模式的限制损耗和弯曲损耗与内芯与内包层的折射率差呈反比，所以此方案将增大内芯模式的限制损耗和弯曲损耗。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤在e波段工作波长处具有绝对值大的负色散，限制损耗和弯曲损耗也不会恶化。
81.(3)如果增大常规的同轴双芯色散补偿光纤外芯的宽度，可以增大其外芯模式折射率数值，在内芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，使得两条曲线的交点，即工作波长蓝移。但是此方案会增强外芯对光的限制能力，抑制内、外芯模式耦合，导致内、外芯模式在工作波长处的耦合强度降低，使得内芯模式在工作波长处的大负色散数值的绝对值降低。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤在e波段工作波长处具有绝对值大的负色散。
82.(4)如果增大常规的同轴双芯色散补偿光纤外芯的折射率，可以增大其外芯模式折射率的上限，使外芯模式折射率数值增大。在内芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，使得两条曲线的交点，即工作波长蓝移。但是增大其外芯模式折射率的上限，会增大外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值。在内芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值不变的情况下，会减小内、外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值差，造成内芯和外芯模式折射率随波长红移曲线在远离工作波长时分离速度变慢，使内、外芯模式的能量从不完全耦合到谐振状态的过渡带增宽，导致内、外芯模式在工作波长处的耦合强度降低，使得内芯模式在工作波长处的大负色散数值的绝对值降低。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤在e波段工作波长处具有绝对值大的负色散。
83.(5)如果增大常规的同轴双芯色散补偿光纤内包层的折射率，会同时增大内、外芯模式折射率下限，使内、外芯模式折射率数值均变大。因为外芯模式折射率数值增大会使工作波长蓝移，而内芯模式折射率数值增大会使工作波长红移，两者的作用相抵消，很难实现工作波长大幅度的蓝移。同时，此方案会减少内芯与内包层的折射率差值，如(2)所述，会增大内芯模式的限制损耗和弯曲损耗。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤的限制损耗和弯曲损耗也不会恶化。
84.(6)如果增大常规的同轴双芯色散补偿光纤内包层的宽度，可以减小内芯模式折射率数值，进而使工作波长蓝移。其原因在于，常规的同轴双芯色散补偿光纤内芯折射率大
于外芯折射率，因此外芯可以看作内芯的第二环包层。增大常规的同轴双芯色散补偿光纤内包层的宽度，会减小内芯的两层包层(内包层 外芯)的平均折射率，使内芯模式折射率下限降低，进而减小内芯模式折射率数值，降低内芯模式折射率数值随波长红移曲线。在外芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，内芯模式折射率数值随波长红移曲线降低，使得两条曲线的交点，即工作波长蓝移。但是内包层宽度的增大，会使内芯与外芯距离增大，导致内、外芯模式在工作波长处的耦合强度降低，使得内芯模式在工作波长处的大负色散数值的绝对值降低。而本发明由于采用不同的改进思路，使得本发明提供的光纤在e波段工作波长处具有绝对值大的负色散。
85.(7)如果增大常规的同轴双芯色散补偿光纤外包层的折射率，可以增大其外芯模式折射率的下限，使外芯模式折射率数值增大。在内芯模式折射率数值随波长红移曲线不变的前提下，外芯模式折射率数值随波长红移曲线升高，使得两条曲线的交点，即工作波长蓝移。但是此方案会使内、外芯与外包层的折射率差减小，导致内、外芯模式的弯曲损耗增大。同时，为了保证内芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值大于外芯模式折射率随波长红移曲线的斜率绝对值，现有的同轴双芯色散补偿光纤外芯的折射率通常小于内芯的折射率。因此，外包层折射率数值受外芯折射率数值限制难以大幅提升，很难实现工作波长蓝移至e波段。
86.可知，本发明不仅能够实现将工作波长蓝移至e波段，还能保持甚至提升了光纤在工作波长处的负色散数值的绝对值，与前端单模光纤的耦合损耗，限制与弯曲损耗等参数的性能。
87.具体的，本发明所提出的内芯和外芯的内侧包层的构成方式，具有在结构参数不变的情况下使内芯模式折射率上限和外芯模式折射率下限产生随波长改变而变化的动态效果。基于内芯和外芯内侧包层的构成方案，本发明能够同时保证内、外芯模式折射率数值匹配波长(工作波长)蓝移至e波段，内、外芯模式折射率随波长红移曲线斜率失配，内、外芯模式在工作波长处耦合强度高。
88.下面结合具体参数，给出多个实施例对本发明进行说明。
89.实施例1：
90.实施例1中的中心空气孔的折射率n1＝1，其直径d1＝1.22μm；第一高折射率固体环的折射率n2＝1.0105n3＝1.47262186，其环宽l1＝3.9μm；第一低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其环宽l2＝9.5μm；第二高折射率固体环的折射率n4＝1.0105n3 0.0001＝1.47272186，其环宽l3＝3.18μm；第二低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其外直径d2＝125μm。
91.参见图2，在谐振波长1413.5nm附近向谐振波长靠近时，内、外芯模式的折射率数值随波长变化的曲线迅速接近，使两者数值上的差值迅速减小；而当远离谐振波长时，内、外芯模式的折射率数值随波长变化的曲线快速分离，使两者数值上的差值迅速增大，使得内、外芯模式在非工作波段耦合迅速减弱，在工作波段耦合迅速增强，最终形成了内芯模式的折射率数值在窄带宽突降。
92.参见图3，根据色散公式可知，内芯模式的折射率数值在窄带宽突降形成下凹时，内芯模式的折射率数值对波长的二阶导数为正值，因此在1413.5nm处内芯模式产生色散值为-497.5ps/(nm
·
km)的大负色散。
93.实施例2：
94.实施例2中的中心空气孔的折射率n1＝1，其直径d1＝1.2μm；第一高折射率固体环的折射率n2＝1.01n3＝1.4718932，其环宽l1＝3.9μm；第一低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其环宽l2＝9.5μm；第二高折射率固体环的折射率n4＝1.01n3 0.0001＝1.4719932，其环宽l3＝3.18μm；第二低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其外直径d2＝125μm。
95.参见图4，在谐振波长1371nm处，内芯模式的折射率数值随波长变化的曲线发生折变，因此参见图5在1371nm处内芯模式产生色散值为-513.6ps/(nm
·
km)的大负色散。
96.实施例3：
97.实施例3中的中心空气孔的折射率n1＝1，其直径d1＝1.24μm；第一高折射率固体环的折射率n2＝1.011n3＝1.47345162，其环宽l1＝3.9μm；第一低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其环宽l2＝9.5μm；第二高折射率固体环的折射率n4＝1.011n3 0.0001＝1.47355162，其环宽l3＝3.18μm；第二低折射率固体环的折射率n3＝1.45732，其外直径d2＝125μm。
98.参见图6，在谐振波长1455.5nm处，内芯模式的折射率数值随波长变化的曲线发生折变，因此参见图7在1455.5nm处内芯模式产生色散值为-481.2ps/(nm
·
km)的大负色散。
99.最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。