一种倍频hBN光纤、设计方法、设备及介质

本申请涉及光纤通信，尤其涉及一种倍频hbn光纤、设计方法、设备及介质。

背景技术：

1、二氧化硅光纤凭借其光纤芯中的长相互作用长度和高功率密度，已经成为非线性光学研究和利用最多的平台之一。然而，二氧化硅的中心对称特性使得石英光纤不具备二阶非线性过程的可能性。以石墨烯为代表的多种二维材料具有优异的非线性光学特性,例如超高的二阶和三阶非线性极化率，在频率转换、激光器等非线性光学领域都有着广泛的应用，二维材料与光纤的集成使得在光纤中实现高效的倍频过程成为可能。

2、目前，在二维材料倍频光纤领域，主要是通过对拉锥光纤的直径设计实现模间相位匹配，但这种技术仅可控制单波长模间相位匹配。例如，通过对拉锥光纤直径进行设计，可以使得波长为1550nm的基频光在倍频过程中满足模间相位匹配，从而能够实现单波长的倍频输出，但对于其他重要的通讯波长，例如，1310nm，该结构在倍频过程中就必然会存在大的相位失配，导致转换效率在1310nm处急剧减小。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种倍频hbn光纤、设计方法、设备及介质，用以解决现有技术存在的现有的光纤无法实现双波长倍频输出的问题。

2、本申请实施例提供的技术方案如下：

3、一方面，本申请实施例提供了一种倍频hbn光纤，包括：纤芯、第一空气孔层、第二空气孔层以及外包基底层；

4、第一空气孔层围绕纤芯设置，第二空气孔层设置于第一空气层外部，外包基底层设置于第二空气孔层外部；第一空气孔层包括至少一层第一空气孔，第一空气孔内部附着有二维材料层；第二空气孔层包括至少一层第二空气孔；其中，第一空气孔和第二空气孔的直径和孔间距用于调节在第一波长和第二波长下光的基模折射率和高阶模折射率。

5、在一种可能的实施方式中，每个第二空气孔沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；每层第二空气孔以纤芯轴为中心，环绕第一空气孔层设置。

6、在一种可能的实施方式中，二维材料层由氮化硼、二硫化钼、溴化钨或溴化镓制成。

7、在一种可能的实施方式中，第一空气孔的形状为圆形、椭圆形、正多边形或矩形；第二空气孔的形状为圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

8、在一种可能的实施方式中，第一空气孔层中的每层第一空气孔呈六边形排列；第二空气孔层中的每层第二空气孔呈六边形排列。

9、在一种可能的实施方式中，第一空气孔的直径与第二空气孔的直径相同。

10、另一方面，本申请实施例提供了一种倍频hbn光纤的设计方法，包括：

11、获取第一波长、第二波长、第一高阶模式、光纤长度以及第一参数；其中，第一参数包括第一空气孔的层数、数量和形状，以及第二空气孔的层数、数量和形状；

12、将第一参数、第一高阶模式和第一波长输入预设的参数确定模型，得到满足第一波长下折射率要求的多个第二参数；其中，折射率要求为预设波长下，基频光的基模折射率和倍频光的高阶模折射率之间的差值小于预设波长对应的相位匹配阈值；

13、确定满足第二波长下折射率要求的第二参数为目标参数；其中，第二参数为第一空气孔的直径和占空比，以及第二空气孔的直径和占空比；

14、根据目标参数和第一参数构建倍频hbn光纤。

15、在一种可能的实施方式中，确定满足第二波长下折射率要求的第二参数为目标参数，包括：

16、确定每个第二参数对应的在第二波长下的基模折射率和第二高阶模式对应的高阶模折射率；

17、判断基模折射率和第二高阶模式对应的高阶模折射率是否满足第二波长下折射率要求；

18、若是，则将第二参数作为目标参数。

19、另一方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：存储器、处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现本申请实施例提供的倍频hbn光纤的设计方法。

20、另一方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令被处理器执行时实现本申请实施例提供的倍频hbn光纤的设计方法。

21、本申请实施例的有益效果如下：

22、本申请实施例中，第一空气孔和第二空气孔的直径和孔间距用于调节在第一波长和第二波长下光的基模折射率和高阶模折射率，通过设置第一空气孔和第二空气孔的直径和孔间距，分别满足第一波长和第二波长下基模折射率和高阶模折射率相等，实现第一波长和第二波长的模间相位匹配，第一波长基频光和/或第二波长基频光入射到倍频hbn光纤的纤芯中传输时，二维材料通过纤芯附近的孔壁处的倏逝波耦合，直接与光场相互作用产生倍频光，倍频光不断的累计，最终产生高效的倍频输出。

23、本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地可以从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种倍频hbn光纤，其特征在于，包括：纤芯、第一空气孔层、第二空气孔层以及外包基底层；

2.如权利要求1所述的倍频hbn光纤，其特征在于，每个第二空气孔沿光纤轴向分布且贯穿整根光纤；每层第二空气孔以纤芯轴为中心，环绕所述第一空气孔层设置。

3.如权利要求1所述的倍频hbn光纤，其特征在于，所述二维材料层由氮化硼、二硫化钼、溴化钨或溴化镓制成。

4.如权利要求1所述的倍频hbn光纤，其特征在于，所述第一空气孔的形状为圆形、椭圆形、正多边形或矩形；所述第二空气孔的形状为圆形、椭圆形、正多边形或矩形。

5.如权利要求2-4任一项所述的倍频hbn光纤，其特征在于，所述第一空气孔层中的每层第一空气孔呈六边形或圆形排列；所述第二空气孔层中的每层第二空气孔呈六边形或圆形排列。

6.如权利要求5所述的倍频hbn光纤，其特征在于，所述第一空气孔的直径与所述第二空气孔的直径相同。

7.一种倍频hbn光纤的设计方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的倍频hbn光纤的设计方法，其特征在于，所述确定满足第二波长下折射率要求的第二参数为目标参数，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器和存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7-8任一项所述的倍频hbn光纤的设计方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求7-8任一项所述的倍频hbn光纤的设计方法。

技术总结本申请公开了一种倍频hBN光纤、设计方法、设备及介质，应用于光纤通信技术领域，用以解决现有技术中光纤无法实现双波长倍频输出的问题。具体为：第一空气孔层围绕纤芯设置，第二空气孔层设置于第一空气层外部，外包基底层设置于第二空气孔层外部；第一空气孔层包括至少一层第一空气孔，第一空气孔内部附着有二维材料层，第一空气孔和第二空气孔的直径和孔间距用于调节在第一波长和第二波长下光的基模折射率和高阶模折射率。这样，设置第一空气孔和第二空气孔的直径和孔间距，实现第一波长和第二波长的模间相位匹配，二维材料层通过纤芯附近的孔壁处的倏逝波耦合，直接与光场相互作用产生倍频光，倍频光不断累计，最终产生高效的倍频输出。技术研发人员：周旭,彭建涛受保护的技术使用者：华南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20