本發(fā)明屬于光纖。

背景技術(shù)：

1、基于1100～1200nm波段的增益光纖及其通過倍頻產(chǎn)生的可見光波長的光纖激光器在醫(yī)學(xué)治療、檢測與成像分析、太空環(huán)保以及深空探測等領(lǐng)域有著獨特的優(yōu)勢，因此備受關(guān)注。目前在1100～1200nm波段的有源光纖主要包括摻y(tǒng)b、nd和bi的光纖。其中摻y(tǒng)b和摻nd光纖增益截面隨著波長增加而減少，并且會受到其在較短波長處的峰值熒光的自發(fā)放大輻射的影響，因此它們在1100～1200nm范圍內(nèi)的增益較低。摻bi鋁硅酸鹽光纖因其存在位于1150nm處的bi/al活性中心而開始應(yīng)用于1100～1300nm波段的光纖放大器和激光器，但是目前也存在發(fā)射截面較小、使用光纖長度較長和發(fā)光機理不確定的問題，限制了其性能的進一步提高。

2、除稀土以及bi元素外，pb作為一種主族金屬元素，其價電子無外層電子的屏蔽作用，發(fā)光同樣容易受到晶體場的影響，能在較寬的范圍內(nèi)能產(chǎn)生近紅外熒光。早期已經(jīng)有研究摻pb的堿土金屬氟化物晶體在x射線輻照后會形成在1060nm附近近紅外發(fā)光中心，在摻pb的鋁鍺酸鹽玻璃中也發(fā)現(xiàn)了1100～1240nm范圍內(nèi)的近紅外熒光，熒光壽命約為400μs。隨后在摻pb石英以及鍺硅酸鹽光纖中也發(fā)現(xiàn)了在1150nm處的近紅外熒光，但是其發(fā)光效率較低，熒光壽命僅為幾十μs。同時由于pb的摻雜濃度一般比較低，為了提升纖芯折射率不可避免的需要摻雜一定濃度ge元素，這導(dǎo)致pb會與ge額外形成在1050、1240nm處新的活性中心，在常規(guī)980nm泵浦下會發(fā)生泵浦競爭以及對間隙pb+中心1150nm熒光的重吸收，導(dǎo)致1100～1200nm波段發(fā)光效率進一步降低，不適合作為1100～1200nm波段增益光纖使用。根據(jù)已有文獻和與摻bi光纖的類比，推測在共摻al的摻pb光纖中可能存在與bi/al活性中心近似的發(fā)光中心，可以作為1100～1200nm波段的增益介質(zhì)，目前尚無此類增益光纖應(yīng)用的報道。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題：針對目前摻pb石英光纖以及鍺硅酸鹽光纖在1150nm處發(fā)光效率較低，pb/ge活性中心產(chǎn)生有害競爭的問題，提供一種1100～1200nm波段的pb/al共摻石英增益光纖及其輻照增強方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖及其輻照增強方法，光纖包括纖芯1與包層2，纖芯1中摻雜有少量含pb化合物與含al化合物，所述包層2是由比纖芯1折射率低的石英光纖組成。

4、纖芯1包括外層含有sio2以及少量geo2的外芯層1-1，摻雜pb和al元素中間摻雜層1-2，以及最內(nèi)部的內(nèi)芯層1-3。纖芯中間摻雜層1-2中含pb化合物為pbo、pbs和pbse中的一種或幾種,含al化合物為alf3和al2o3中的一種或兩種。

5、優(yōu)選的，纖芯中pb離子摻雜濃度范圍控制在0.01～1mol％，al的摻雜濃度控制在0.5～5mol％，ge的含量控制在0.5～1％。

6、優(yōu)選的，纖芯直徑為5～20μm，包層直徑為100～300μm，纖芯與包層折射率差為0.2～2％。

7、具有以上特征的pb/al共摻光纖的吸收波長范圍為500～1050nm，其熒光光譜范圍為900～1400nm，在1100～1200nm范圍內(nèi)的增益大于15db。該光纖可以作為1100～1200nm波段的增益光纖使用，優(yōu)選泵浦為980nm和1064nm泵浦源。

8、使用伽馬射線輻照后處理pb/al共摻石英光纖光纖，優(yōu)選的，輻照劑量為100～2000gy，劑量率為100-1500gy/h，輻照后光纖在1100～1200nm范圍內(nèi)增益提升5～10db。

9、本發(fā)明的有益效果為：

10、1、通過摻雜al元素調(diào)控pb原子的晶體場配位環(huán)境，形成在1100nm處新的pb/al活性中心，相較于常規(guī)摻pb石英光纖或鍺硅酸鹽光纖中負責(zé)1150nm發(fā)光的間隙pb+離子發(fā)光中心，在常規(guī)980和1064nm泵浦源處具有更高的吸收截面，發(fā)光效率更高。

11、2、通過增加al摻雜濃度保證光纖折射率差，減少對共摻ge的依賴，降低pb與ge耦合形成活性中心的概率，以減少非目標(biāo)活性中心對980、1064nm泵浦的競爭以及對1100～1200nm波段熒光的重吸收。

12、3、利用射線輻照與光纖中物質(zhì)相互作用引起pb離子價態(tài)還原、配位結(jié)構(gòu)和al相關(guān)缺陷結(jié)構(gòu)的變化，增加有利于1100～1200nm波段發(fā)光的pb/al缺陷活性中心的數(shù)量，進一步提升光纖增益水平。

技術(shù)特征：

1.一種1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，包括纖芯(1)與包層(2)，其特征在于：纖芯(1)中摻雜有含pb化合物與含al化合物，包層(2)是由比纖芯(1)折射率低的石英構(gòu)成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：纖芯包括外層含有sio2和geo2的外芯層(1-1)，摻雜pb和al化合物的中間摻雜層(1-2)，以及最內(nèi)部的摻有sio2和geo2的內(nèi)芯層(1-3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：纖芯中間摻雜層(1-2)中的含pb化合物為pbo、pbs、pbse中的一種或幾種,含al化合物為alf3、al2o3中的一種或兩種。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：纖芯中pb離子摻雜濃度范圍控制在0.01～1mol％，al的摻雜濃度控制在0.5～5mol％，ge的含量控制在0.5～1％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：纖芯直徑為5～20μm，包層直徑為100～300μm，纖芯與包層折射率差為0.2～2％。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的1100～1200nm波段pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：通過摻雜al影響光纖中低價態(tài)pb離子的晶體場環(huán)境，形成pb/al相關(guān)活性中心，在1100～1200nm范圍內(nèi)發(fā)射熒光，pb/al共摻光纖的吸收波長范圍為500～1050nm，其熒光光譜范圍為900～1400nm，在1100～1200nm范圍內(nèi)增益大于15db。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的1100～1200nm波段的pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：對光纖進行輻照處理，所述輻照處理使用的輻照源為伽馬射線，劑量為100～2000gy，劑量率為50-2000gy/h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的1100～1200nm波段的pb/al共摻石英增益光纖，其特征在于：輻照后光纖在1100～1200nm范圍內(nèi)增益提升5～10db。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種1100～1200?nm波段Pb/Al共摻石英增益光纖及輻照增強方法，纖芯包括最外和最內(nèi)層的SiO<subgt;2</subgt;疏松層以及纖芯中部的摻雜層，SiO<subgt;2</subgt;疏松層為高純度SiO<subgt;2</subgt;以及摻雜低濃度高折射率GeO<subgt;2</subgt;的材料，摻雜層中摻雜有PbO、PbS、PbSe含Pb化合物的一種或幾種，和AlF<subgt;3</subgt;、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;等含Al化合物中的一種或兩種。纖芯中Pb摻雜濃度范圍控制在0.01～1?mol%，Al的摻雜濃度控制在0.5～5?mol%。輻照后處理使用的輻照源為伽馬射線，劑量為100～2000?Gy，劑量率為50?2000?Gy/h。本發(fā)明通過Al摻雜改善了負責(zé)近紅外發(fā)光的低價Pb離子的晶體場環(huán)境，形成在1100～1200?nm區(qū)間內(nèi)新的Pb/Al活性中心，同時減少Pb/Ge活性中心形成概率，減少有害泵浦競爭與重吸收，并進一步通過伽馬射線輻照增加光纖中Pb/Al活性中心的數(shù)量從而提升發(fā)光強度。

技術(shù)研發(fā)人員：董艷華,方歸,王廷云,文建湘,張小貝,黃懌,董倩妮
受保護的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6