一種摻鐿光纖及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖制造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，設(shè)及一種滲鏡光纖及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 將稀±類元素添加到光纖的巧區(qū)中形成滲稀±光纖，具有光放大功能，可應(yīng)用于 激光器、光放大器等光源W及傳輸系統(tǒng)中。其中利用含有稀上類元素鏡（孔）的光纖即滲鏡 光纖制作的光纖激光器，其光束品質(zhì)良好，可得到高功率的輸出光，并且該光纖激光器輸出 光的振蕩波長與現(xiàn)有高功率激光器之一的Nd-YAG激光器基本相同，在1ym附近。因此，滲 孔的激光器繼承了傳統(tǒng)激光器的焊接、標(biāo)記、切割等材料加工用途。
[0003] 制備滲鏡光纖的工藝方法主要為液相滲雜法和氣相滲雜法。液相滲雜法是制備滲 鏡光纖最早采用的工藝方法，也是目前國際上普遍采用的方法。它是通過MCVD工藝在反應(yīng) 管內(nèi)壁沉積結(jié)構(gòu)疏松的石英玻璃沉積層，將該種沉積層浸泡在含有稀±離子的溶液中，使 沉積層吸附溶液中的稀±離子，然后再經(jīng)過脫水、玻璃化等工藝將稀±離子滲入進(jìn)反應(yīng)管 中。
[0004] 為了得到高性能的滲鏡光纖，必須提高孔滲雜濃度，從而提高孔光纖將累浦光吸 收轉(zhuǎn)化為信號光的能力，侶（A1)作為共滲劑，對Yb濃度的提高具有重要的作用，然而A1濃 度的提高也會(huì)同時(shí)增加光纖的折射率，要得到單模輸出的Yb光纖，光纖巧層折射率就會(huì)有 一定的限制，因此如何提高A1的滲雜濃度并保持光纖的單模特性，是Yb光纖工藝研究的一 個(gè)重要課題。
[000引已公開通過將氧化侶（Al203)和五氧化二磯化05)共同添加到由二氧化娃玻璃 (Si02)構(gòu)成的母料中，可W抑制巧的折射率上升。氧化侶與五氧化二磯的添加濃度（mol%) 越接近等量，則越接近純的二氧化娃的折射率。上述滲鏡光纖的制備方法對于提高Yb滲雜 濃度有一定的作用，但也存在不足。如大量滲雜五氧化二磯，由于五氧化二磯在高溫下?lián)]發(fā) 嚴(yán)重，在制作預(yù)制椿的過程中容易形成折射率剖面的中屯、凹陷W及光纖實(shí)際折射率偏移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中滲鏡光纖的高濃度與單模特性難W兼顧的不足，本發(fā)明所要解 決的技術(shù)問題是，提供一種能夠保持單模輸出的=包層高濃度滲鏡光纖，W及精確控制折 射率剖面的該滲鏡光纖預(yù)制椿及光纖的制造方法。
[0007] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用了W下技術(shù)方案：
[000引本發(fā)明的滲鏡光纖具備至少含有孔與A1的巧層和圍繞該巧層的玻璃基質(zhì)包層，W及圍繞該玻璃基質(zhì)包層的低折射率涂覆層，所述玻璃基質(zhì)包層包括內(nèi)包層和外包層，其 中所述內(nèi)包層折射率低于巧層而高于外包層。
[0009] 優(yōu)選地，所述內(nèi)包層與外包層折射率差為0~0. 1%。
[0010] 優(yōu)選地，所述內(nèi)包層與巧層的直徑之比為1~10。
[0011] 優(yōu)選地，所述玻璃基質(zhì)包層可W為石英玻璃基質(zhì)包層。
[0012] 優(yōu)選地，所述滲鏡光纖的玻璃外包層直徑為80ym~600ym，巧層直徑為4ym~ 50ym。外包層折射率為1. 4546~1. 4575 (測試激光波長為670nm)，巧層折射率與內(nèi)包層 折射率差為0. 06%~0. 95%，NA范圍是0. 05至0. 2。
[0013] 進(jìn)一步優(yōu)選地，所述光纖的NA范圍是0. 065至0. 075。
[0014] 優(yōu)選地，所述的滲鏡光纖，其巧層除了孔，A1之外，還滲雜有氣F和/或磯P，F(xiàn)滲 雜劑用來降低巧層的折射率，而P用于中和巧層中的A1，其作用也是降低巧層的折射率， P的滲雜量也可W大于A1 (WP元素和A1元素摩爾濃度計(jì)算），從而巧層的折射率由P貢 獻(xiàn)，而原有的A1則起到降低P提供的折射率的作用。其巧層滲雜Yb元素的摩爾含量為 0.Olmol%~1. 5mol%，滲雜A1元素的摩爾含量為0.Imol%~5mol%，滲雜F元素的摩爾 含量為Omol%~2mol%，滲雜P元素的摩爾含量為Omol%~13mol%。
[0015] 優(yōu)選地，所述的滲鏡光纖，其玻璃內(nèi)包層基質(zhì)材料為Si化，滲雜材料至少含有Ge、 F、A1、P中的一種或多種。Ge、Al、P的作用是提高內(nèi)包層的折射率，而F滲雜的作用是降低 包層折射率。該玻璃內(nèi)包層滲雜Ge元素的摩爾含量為0.Olmol%~1. 5mol%，滲雜F元素 的摩爾含量為0.Imol%~Imol%，滲雜A1元素的摩爾含量為0.Imol%~Imol%，滲雜P 元素的摩爾含量為Omol%~2. 5mol%。
[0016] 優(yōu)選地，所述滲鏡光纖的巧層熱膨脹系數(shù)是5. 78~5. 85X1(TV°C，內(nèi)包層的熱膨 脹系數(shù)是5. 56~5. 64X1(TV°C。兩者與外包層的石英玻璃基質(zhì)形成熱膨脹系數(shù)梯度，緩 解和分散了殘余在光纖巧區(qū)中的應(yīng)力，提高了光纖在傳輸高功率激光時(shí)的高溫穩(wěn)定性。
[0017] 優(yōu)選地，所述滲鏡光纖的吸收系數(shù)在激光測試波長為915nm時(shí)，大于或等于 3. 2地/m，所述光纖的光束質(zhì)量因子M2小于或等于1. 3。
[001引相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種上述滲鏡光纖的制作方法，其中所述滲鏡光纖的包 層的制造方法是采用PCVD或MCVD管內(nèi)沉積基質(zhì)材料和滲雜材料，巧層的制造方法是采用 MCVD沉積基質(zhì)材料和滲雜材料，所用的MCVD制造方法可采用溶液法或氣相沉積方法；所述 滲鏡光纖，其預(yù)制椿在拉絲過程中，采用20-70g的低張力拉絲，W保證巧層和內(nèi)包層之間 較低的折射率差值。
[0019] 內(nèi)外包層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際效果為，通過提高內(nèi)包層的折射率，相對地通過降低巧 層與內(nèi)包層折射率的差，可W維持纖巧中較高的A1、孔滲雜濃度，從而在維持較高的光纖 包層吸收系數(shù)的情況下，降低巧層NA，實(shí)現(xiàn)單模輸出即光纖質(zhì)量因子接近于1 ;換言之，是 在不改變巧層NA的情況下，增加纖巧滲雜的A1、孔濃度，實(shí)現(xiàn)更高的包層吸收。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明專利的光纖剖面示意圖W及光纖折射率剖面示意圖，其中ni和di是 巧層的折射率和直徑，ri2和d2是玻璃內(nèi)包層的折射率和直徑，n3和d3是玻璃外包層的折射 率和直徑，ri4和d4是低折射率涂覆層的折射率和直徑；
[0021] 圖2是本發(fā)明專利的光纖預(yù)制椿實(shí)際剖面圖，其中1是纖巧部分，2是內(nèi)包層部分， 3是外包層部分。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用w解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所設(shè)及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可W相互組合。
[0023] 為了方便理解本發(fā)明，首先將本發(fā)明設(shè)及的專業(yè)術(shù)語集中定義如下：
[0024]MCVD;ModifiedQiemicalVapourD巧osition，改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積方法。
[0025]PCVD;PlasmaactivatedQiemicalVapourDeposition,等離子化學(xué)氣相沉積方 法。
[0026] 折射率剖面；光纖預(yù)制椿及光纖的折射率與其半徑之間的關(guān)系曲線。
[0027] 相對折射率差：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種摻鐿光纖，其特征在于，具備至少含有鐿Yb與鋁Al的芯層和圍繞該芯層的玻璃 基質(zhì)包層，以及圍繞該玻璃基質(zhì)包層的低折射率涂覆層，所述玻璃基質(zhì)包層包括內(nèi)包層和 外包層，其中所述內(nèi)包層折射率低于芯層而高于外包層。
2. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層與外包層折射率的差值為 O ~0? 1%〇
3. 如權(quán)利要求1或2所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述外包層在測試激光波長為 670nm 時(shí)，折射率為 1. 4546 ~1. 4575。
4. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述芯層折射率與內(nèi)包層折射率的差 值為0. 06%~0. 95%，所述光纖的數(shù)值孔徑NA范圍是0. 05至0. 2。
5. 如權(quán)利要求1或4所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述光纖的NA范圍是0. 065至 0.075。
6. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層與芯層的直徑之比為1~ 10。
7. 如權(quán)利要求1或6所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述外包層直徑為80 ym~ 600 y m，芯層直徑為4 y m~50 y m。
8. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述芯層除了 Yb和Al之外，還摻雜有 F和/或P，芯層摻雜Yb元素的摩爾含量為0? Olmol %~I. 5mol %，摻雜Al元素的摩爾含 量為0? Imol %~5mol %，摻雜F元素的摩爾含量為Omol %~2mol %，摻雜P元素的摩爾含 量為 Omol % ~13mol %。
9. 如權(quán)利要求1或8所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層玻璃基質(zhì)的摻雜材料 至少含有Ge、F、Al、P中的一種或多種，該內(nèi)包層摻雜Ge元素的摩爾含量為0.0 lmol%~ 1.5mol %，摻雜F元素的摩爾含量為0.1mol %~Imol %，摻雜Al元素的摩爾含量為 0.1mol %~Imol %，摻雜P元素的摩爾含量為Omol %~2. 5mol %。
10. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述芯層熱膨脹系數(shù)是5. 78~ 5. 85X 10_7/°C，內(nèi)包層的熱膨脹系數(shù)是5. 56~5. 64X 10_7/°C。
11. 如權(quán)利要求1所述的摻鐿光纖，其特征在于，所述摻鐿光纖的吸收系數(shù)在激光測試 波長為915nm時(shí)，大于或等于3. 2dB/m，所述光纖的光束質(zhì)量因子M2小于或等于1. 3。
12. 如權(quán)利要求1或11任一項(xiàng)所述的摻鐿光纖的制造方法，其特征在于，所述摻鐿光纖 的包層是采用PCVD或MCVD方法管內(nèi)沉積制造基質(zhì)材料和摻雜材料，芯層采用MCVD沉積基 質(zhì)材料和摻雜材料，所述的MCVD制造方法為溶液法或氣相沉積方法；所述摻鐿光纖的預(yù)制 棒在拉絲過程中，采用20-70g的低張力拉絲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種摻鐿光纖及其制備方法，具備至少含有鐿Yb與鋁Al的芯層和圍繞該芯層的玻璃基質(zhì)包層，以及圍繞該玻璃基質(zhì)包層的低折射率涂覆層，所述玻璃基質(zhì)包層包括內(nèi)包層和外包層，其中所述內(nèi)包層折射率低于芯層而高于外包層。內(nèi)包層采用Ge、P、Al、F作為摻雜劑，芯層摻雜F、P作為摻雜劑，采用MCVD法制備預(yù)制棒，控制拉絲溫度使光纖處于較低張力下拉絲得到所需的光纖。通過提高內(nèi)包層的折射率，相對地通過降低芯層與內(nèi)包層折射率的差，可以維持纖芯中較高的Al、Yb摻雜濃度，從而在維持較高的光纖包層吸收系數(shù)的情況下，降低芯層NA，實(shí)現(xiàn)單模輸出即光纖質(zhì)量因子接近于1。本發(fā)明可以制造高濃度摻鐿光纖，實(shí)現(xiàn)較高的包層吸收系數(shù)。
【IPC分類】G02B6-02, G02B6-036
【公開號】CN104865634
【申請?zhí)枴緾N201510318829
【發(fā)明人】陳蘇, 楊玉誠, 曹蓓蓓
【申請人】長飛光纖光纜股份有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月11日