一种背底损耗优化的掺稀土光纤及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种背底损耗优化的掺稀土光纤，包括由内至外依次排列的芯层、过渡包层和纯硅包层，芯层和过渡包层均为多元掺杂的二氧化硅层；芯层中的掺杂材料包括铝、镱、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则芯层中掺杂的碱金属氧化物平均浓度为50ppm～1000ppm；过渡包层中的掺杂材料包括氟、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则过渡包层中掺杂的碱金属元素平均浓度为500ppm～300ppm；其中，芯层与过渡包层中所掺杂的碱金属元素相同。本发明专利技术通过碱金属的掺杂使芯层和过渡包层能形成良好的粘度匹配，减少光纤制备中的缺陷和应力损耗，进一步优化掺稀土光纤的背底损耗。土光纤的背底损耗。土光纤的背底损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种背底损耗优化的掺稀土光纤及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤
，具体涉及一种背底损耗优化的掺稀土光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着光纤通信技术的迅猛发展，光纤的使用范围越来越广泛，近年来，在“宽带中国”战略、“光改”、提速降费等一系列利好政策和规划的推动下，光通讯产业整体呈现繁荣景象，其中光纤不仅大量用于常规通讯领域，同时也在消费电子、材料加工等行业有着广泛的应用。有源掺稀土光纤不仅可作为光纤激光器中的关键原材料，也可用于光纤通信器件如光放大器、波长变换等光纤器件的制作。
[0003]目前掺稀土预制棒的主流制备方法为改进型化学气相法(MCVD)，国内外大部分的研究机构和企业均在此工艺平台上采用溶液浸泡法或螯合物气相蒸发来进行稀土预制棒的制备，但此两种工艺路线在制备掺稀土光纤的过程中易出现稀土离子团簇及螯合物分解的现象，导致光纤的本征损耗增加，从而影响到光纤在激光器中的光转换效率。
[0004]具体地，现有的掺稀土光纤技术基本都是通过在改进型化学气相法的基础上进行产品开发和工艺研究，比如专利CN104865634A中提到了一种双包层掺镱光纤及其制备方法，主要针对调整光纤的包层结构来进行光束质量进行优化。专利CN109031516A则是通过优化光纤芯层的折射率分布和掺杂分布来提高基模的提取效率，得到高光束质量的激光输出。专利CN112764155A中则提到通过设计外掺氟包层来满足掺镱光纤在超高功率工作条件下的应用要求。故在现有的掺稀土的光纤设计中，由于碱金属的氯化物在MCVD平台工艺路线上很难实现气体挥发及掺杂，因此很少涉及。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种掺稀土光纤及其制备方法，利用稀土卤化物蒸发系统和等离子体气相沉积(PCVD)工艺，能够有效的在光纤预制棒的制备过程中进行碱金属的掺杂，并通过在芯层与过渡包层中设定相同的碱金属元素掺杂；从而改善预制棒的包层和芯层的粘度匹配，减少制备过程中由于粘度差异产生的应力缺陷，降低光纤的纤芯背底损耗。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术第一方面，提供一种背底损耗优化的掺稀土光纤，包括由内至外依次排列的芯层、过渡包层和纯硅包层，所述芯层和过渡包层均为多元掺杂的二氧化硅层；
[0007]所述芯层中的掺杂材料包括铝、镱、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述芯层中掺杂的碱金属氧化物平均浓度为50ppm～1000ppm；
[0008]所述过渡包层中的掺杂材料包括摘氯、氟、磷、其他卤素以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述过渡包层中掺杂的碱金属氧化物
平均浓度为50ppm～300ppm；
[0009]其中，所述芯层与所述过渡包层中所掺杂的碱金属元素相同。
[0010]进一步地，在所述芯层中：
[0011]铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，掺杂的Al2O3平均浓度为6000ppm～40000ppm；
[0012]镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，掺杂的Yb2O3平均浓度为1000ppm～5000ppm；
[0013]磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，掺杂的P2O5平均浓度为10000ppm～60000ppm。
[0014]进一步地，在所述过渡包层中：
[0015]铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，掺杂的Al2O3平均浓度为1000ppm～3000ppm；
[0016]磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，掺杂的P2O5平均浓度为1300ppm～20000ppm。
[0017]进一步地，所述碱金属元素为Li、Na、K、Rb或Cs中至少一种。
[0018]进一步地，所述芯层的相对折射率差Δn1为0.05％～0.3％，半径R1为5um～50um；所述过渡包层的相对折射率差Δn2为
‑
0.3％～0.1％，半径R2为6um～150um。
[0019]进一步地，所述纯硅包层半径R3为50um～185um。
[0020]进一步地，所述光纤在1200nm波长处的纤芯损耗小于5dB/km。
[0021]进一步地，所述光纤的光转换效率η≥77％。
[0022]按照本专利技术第二方面，提供一种背底损耗优化的掺稀土光纤的制备方法，所述掺稀土光纤包括由内至外依次排列的芯层、过渡包层和纯硅包层，所述芯层和过渡包层均为多元掺杂的二氧化硅层；其中，所述方法包括：
[0023]采用稀土卤化物蒸发系统，并结合PCVD工艺制备所述芯层；所述芯层中的掺杂材料包括铝、镱、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述芯层中掺杂的碱金属氧化物平均浓度为100ppm～1000ppm；
[0024]采用稀土卤化物蒸发系统，并结合PCVD工艺制备所述过渡包层；所述过渡包层中的掺杂材料包括氟、磷、以及一种或多种碱金属元素碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述过渡包层中掺杂的碱金属元素平均浓度为100ppm～300ppm。
[0025]进一步地，所述碱金属元素为Li、Na、K、Rb或Cs中至少一种。
[0026]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0027]第一、本专利技术利用等离子体气相沉积(PCVD)工艺和配套的高温稀土供料系统，在光纤预制棒的芯层和包层进行碱金属及铝、磷、稀土元素的掺杂，使芯层和包层形成良好的粘度匹配。第二、本专利技术通过碱金属的掺杂，改善掺稀土光纤中的应力缺陷，从而优化光纤的纤芯背底损耗，提高光纤在激光器中的光转换效率。第三、本专利技术通过在芯层与过渡包层中设定相同的碱金属元素掺杂，可以有效减少芯层与过渡包层之间由于不同元素掺杂导致的浓度差异扩散，降低碱金属离子的移动，使光纤的衰减更低，并使光纤性能稳定，具备更长的使用寿命。
附图说明
[0028]图1为按照本专利技术实现实施例1的中芯层掺杂的元素线扫图；
[0029]图2为按照本专利技术实现实施例1的光纤折射率剖面示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
[0032]需要说明的是，本专利技术涉及的函数方程中符号“*”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相乘，“/”为运算符号表示前后两个常量或者向量的相除，本专利技术中所有函数方程遵循数学的加减乘除运算法则。
[0033本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背底损耗优化的掺稀土光纤，其特征在于，包括由内至外依次排列的芯层、过渡包层和纯硅包层，所述芯层和过渡包层均为多元掺杂的二氧化硅层；所述芯层中的掺杂材料包括铝、镱、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述芯层中掺杂的碱金属氧化物平均浓度为50ppm～1000ppm；所述过渡包层中的掺杂材料包括氟、磷、以及一种或多种碱金属元素；碱金属元素的掺杂浓度按其氧化物形式计算，则所述过渡包层中掺杂的碱金属氧化物平均浓度为50ppm～300ppm；其中，所述芯层与所述过渡包层中所掺杂的碱金属元素相同。2.根据权利要求1所述的背底损耗优化的掺稀土光纤，其特征在于，在所述芯层中：铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，掺杂的Al2O3平均浓度为6000ppm～40000ppm；镱元素的掺杂浓度按Yb2O3形式计算，掺杂的Yb2O3平均浓度为1000ppm～5000ppm；磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，掺杂的P2O5平均浓度为10000ppm～60000ppm。3.根据权利要求1所述的背底损耗优化的掺稀土光纤，其特征在于，在所述过渡包层中：铝元素的掺杂浓度按Al2O3形式计算，掺杂的Al2O3平均浓度为1000ppm～3000ppm；磷元素的掺杂浓度按P2O5形式计算，掺杂的P2O5平均浓度为1300ppm～20000ppm。4.根据权利要求1所述的背底损耗优化的掺稀土光纤，其特征在于，所述碱金属元素为Li、Na、K、Rb或Cs中至少一种。5.根据权利要求1所述的背底损耗优...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，汪松，雷高清，钟力，汪亨，袁飚，曹蓓蓓，
申请(专利权)人：长飞光纤光缆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：