【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及属于光纤，更具体地，涉及一种1460～1630nm波段有源放大光纤及其制备方法。
技术介绍
1、随着信息技术的飞速发展，5g业务高速增长以及物联网等技术广泛应用，海量数据需要传输，人们对通信的带宽、容量的要求越来越高，传统光纤通信系统在应对未来超大容量数据传输的紧迫需求方面面临越来越大的挑战。目前，掺铒光纤的增益带宽仅有35nm，而石英光纤低损耗通信窗口远不止于此，还有很大的开发空间。因此，将掺铒光纤的增益拓宽至s+c+l波段，甚至是更宽的波段，可以实现更多波数的复用与解复用，从而实现传输容量的提升。近些年，光纤由于其具有可靠性好、损耗低、光束质量高、体积小、质量轻和抗电磁干扰等优势而在深空探测中的重要性日益凸显。然而，太空环境中存在大量辐射源，这会导致光纤的性能降低甚至是失效。因此，需要开发一种抗辐照性能更好且不明显提高光纤损耗的有源光纤。
2、目前，放大光纤的制备工艺得到了一定的进展。2015年，中国专利201510941656.8利用改进化学气相沉积法(mcvd)和ald技术结合制备bi/al共掺光纤，可以实现超宽带放大。2015年，中国专利201510941655.3提出利用原子沉积技术(ald)技术交替沉积bi和er离子或bi、er和al离子，制备一种浓度可控的共掺石英光纤，该光纤可实现超宽带放大。2020年，中国专利202010551558.4提出利用溶液法与mcvd技术结合制备宽带增益掺铒光纤，该光纤在1510～1580nm有超宽带高增益的特性。2020年，中国专利202010073619
技术实现思路
1、本专利技术在中国专利202010073619.0的基础上，利用铥离子共掺，并结合多种沉积技术，交替沉积不同离子，掺杂浓度精确可控，在1620±30nm范围内存在铋锗相关的活性中心bac-ge，在1550nm附近存在铒离子发射中心，在1460±20nm范围内存在铋硅相关的活性中心bac-si，在1480nm附近存在铥离子发射中心；通过泵浦激发四个活性中心，增益带宽向s波段(1460～1530nm)以及l+波段(1625～1630nm)带宽拓展，制备出一种1460～1630nm波段放大石英光纤，实现了宽带宽和高增益，有望成为石英光纤通信系统传输容量“瓶颈”的有效方法，并在光通信、光传感、量子通信、高功率激光的种子源，光纤激光医疗以及深空探测与军事国防等领域有重要的应用价值。
2、本专利技术旨在解决传统石英光纤放大带宽受限，根据高温掺杂系统和改良化学气相沉积技术(mcvd)的优势，以及结合不同沉积技术，如溶液掺杂技术、气相轴向沉积法(vad)以及外部气相沉积法(ovd)等，利用铥离子共掺，精确控制各离子浓度，提供一种er/tm/al/la/bi共掺1460～1630nm波段放大石英光纤制备方法。根据稀土离子的发光理论，铒离子掺杂可以实现c波段和l波段的放大，铥离子掺杂则可以实现s波段的放大。因此，合理控制铥离子和铒离子的浓度时，再合理利用其他离子共掺，就可以得到覆盖1460～1630nm波段的放大带宽。bi离子与er/tm离子之间存在能量传递，可提高泵浦吸收效率，并且bi离子可以与锗离子相互作用，形成bac-ge，发射中心位于1620±20nm，实现了向l+(1625～1630nm)波段的拓展，bi离子可以与硅离子相互作用，形成bac-si，发射中心位于1460±20nm，结合铥离子在1480nm的发射中心，通过泵浦同时激发两个中心，实现1460～1530nm的拓展；在掺er光纤中加入al元素可以提高er的浓度，并促使er能级进一步形成斯塔克分裂，使掺er光纤的吸收截面和发射截面展宽；同时，选择la作为共掺杂剂，是由于其作为镧系元素中分子量最小的元素，其4f电子层没有电子。因此，la在光学上不活泼，在光通信波段没有吸收峰，对er/tm的吸收截面和发射截面几乎不产生影响，同时la对提高折射率有一定贡献。er/la共掺光纤在1550nm仍然是能级4i13/2-4i15/2间跃迁，tm/la共掺光纤在1480nm任然是能级3h4-3f4间跃迁。la在掺er/tm光纤中与其它稀土元素一样,占据si网络体中间隙位置。当将er/tm元素和la元素一起掺杂实现er/tm离子高浓度掺杂。该掺杂光纤具有背景损耗低、er/tm离子掺杂浓度高、荧光强度强，增益带宽宽，增益强，且结构简单，易于产业化等特点，可用于光通信、光传感、量子通信、高功率激光的种子源，光纤激光医疗以及军事国防等，对高速光纤通信以及深空探测的发展将具有重大的推动意义。
3、本专利技术的技术方案：
4、一种1460～1630nm波段有源放大石英光纤，包括纤芯和包层其特征在于：纤芯由铒、铥、铝、镧和铋离子共掺材料以及提高折射率的geo2构成，各离子掺杂浓度在0.01～15mol％，包层是由纯石英材料构成。
5、纤芯直径为40±35nm，包层直径为230±170nm。
6、所述光纤在1620±30nm范围内存在铋锗相关的活性中心bac-ge，在1550nm附近激发铒离子发射中心，在1460±20nm范围内激发铋硅相关的活性中心bac-si，在1480nm附近激发铥离子发射中心；利用泵浦激发四个活性中心，实现1460～1630nm宽带光放大。
7、该光纤应用于抗辐照光纤、保偏环芯光纤、光纤激光器、光纤放大器或超宽带光源。
8、该光纤制备方法包括步骤：
9、1)利用mcvd在石英管内壁沉积sio2疏松层，通过高温处理，制备出半透明状态的玻璃基管；
10、2)利用mcvd沉积加高温掺杂系统或溶液掺杂技术方法将氧化铒、氧化铥、氧化铋、氧化镧与氧化铝材料交替沉积在玻璃基管上，通过精确控制此过程中的沉积温度、气体流速、沉积时间等，获得各掺杂浓度可控的疏松层；
11、3)利用mcv本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种1460～1630nm波段有源放大石英光纤，包括纤芯和包层，其特征在于：纤芯由铒、铥、铝、镧和铋离子共掺材料以及提高折射率的GeO2构成，各离子掺杂浓度在0.01～15mol％，包层是由纯石英材料构成。
2.根据权利要求1所述1460-1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：纤芯直径为40±35nm，包层直径为230±170nm。
3.根据权利要求1所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：所述光纤在1620±30nm范围内存在铋锗相关的活性中心BAC-Ge，在1550nm附近激发铒离子发射中心，在1460±20nm范围内激发铋硅相关的活性中心BAC-Si，在1480nm附近激发铥离子发射中心；利用泵浦激发四个活性中心，实现1460～1630nm宽带光放大。
4.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤应用于抗辐照光纤、保偏环芯光纤、光纤激光器、光纤放大器或超宽带光源。
5.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于其制备方法包
6.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤为单包层，双包层，三包层以及多包层的1460-1630nm波段有源光纤。
7.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤为带节距的扭转1460-1630nm波段有源光纤，节距根据实际需求设置，扭转有源光纤应用于少模与高阶光放大或涡旋光放大。
8.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤为结构致偏型或应力致偏型1460-1630nm波段有源光纤。
9.根据权利要求7所述1460～1630nm波段放大石英光纤,其特征在于该光纤的用途包括：该光纤通过800nm、980nm和1480nm激光作为泵浦源，搭建正向、反向、单泵、双泵、级联等1460～1630nm波段放大系统与荧光光谱系统。
10.根据权利要求1-3所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤应用于1460～1630nm波段光放大器、宽谱光源、波分复用系统、连续光纤激光器、超快光纤激光器以及1460～1630nm波段相应的高阶模式与涡旋光光纤放大器和光纤激光器。
11.根据权利要求1所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：纤芯外有一圈环形芯，纤芯是由掺杂少量高折射率的GeO2的二氧化硅疏松层构成，环芯由Er/Tm/Al/La/Bi共掺离子材料构成。
12.根据权利要求1或10所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：纤芯两侧有应力区，应力区由掺杂二氧化硼的二氧化硅构成。
13.根据权利要求1所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：纤芯是空心结构，空心结构中排布有一圈微毛细管，空心结构之外依次是环形结构和包层，环形结构的外壁面有掺杂区，掺杂区有Er/Tm/Al/La/Bi共掺离子。
...【技术特征摘要】
1.一种1460～1630nm波段有源放大石英光纤，包括纤芯和包层，其特征在于：纤芯由铒、铥、铝、镧和铋离子共掺材料以及提高折射率的geo2构成，各离子掺杂浓度在0.01～15mol％，包层是由纯石英材料构成。
2.根据权利要求1所述1460-1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：纤芯直径为40±35nm，包层直径为230±170nm。
3.根据权利要求1所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：所述光纤在1620±30nm范围内存在铋锗相关的活性中心bac-ge，在1550nm附近激发铒离子发射中心，在1460±20nm范围内激发铋硅相关的活性中心bac-si，在1480nm附近激发铥离子发射中心；利用泵浦激发四个活性中心，实现1460～1630nm宽带光放大。
4.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤应用于抗辐照光纤、保偏环芯光纤、光纤激光器、光纤放大器或超宽带光源。
5.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于其制备方法包括步骤：
6.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤为单包层，双包层，三包层以及多包层的1460-1630nm波段有源光纤。
7.根据权利要求1-3任一项所述1460～1630nm波段放大石英光纤，其特征在于：该光纤为带节距的扭转1460-1630nm波段有源光纤，节距根据实际需求设...
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