一种全掺杂光子晶体光纤及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种全掺杂光子晶体光纤及其制备方法，所述全掺杂光子晶体光纤，包括由内向外依次设有的实心毛细管、围绕实心毛细管均匀排列的空心毛细管层以及设在空心毛细管层外侧的套管，其中，所述实心毛细管和空心毛细管采用掺杂有稀土元素的石英材料制成。本发明专利技术提供的全掺杂光子晶体光纤其整个光纤截面都包含稀土元素，可以大大增大有源区域的面积，增大转换效率；结合光子晶体光纤的无截止单模特性，可以很容易的实现超大模场的有源光纤；其大模场面积光子晶体光纤具有极低的非线性系数及很高的泵浦光数值孔径，防止脉冲分裂，同时又保证光纤激光器的单模运转，使得进一步提高了全掺杂光子晶体光纤的平均功率和单脉冲能量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信材料，具体涉及。
技术介绍
光纤是光通信的信息传输载体，是实现大容量高速宽网的主要手段之一，目前主干线的通信基本上实现了光纤传输，但是目前主干线所使用的光纤是由纯石英材料制成的，其成本高、柔韧性差。光子晶体光纤的设计虽然有很大的自由度，但是材料的选择、结构类型、纤芯或包层中空气孔的大小与几何形状，以及空气孔的间距、密度、排列方式等都会对光子晶体光纤的特性产生重要影响。一些简单的微结构参数变化就可以使光子晶体光纤的性能发生显著的改变，通常可以根据需要适当改变部分相应的结构参数，用以调节或裁剪光子晶体光纤原有的特性，使光子晶体光纤的某些特性得到增强或减小，以利于不同场合的各种用途。由于光子晶体光纤的特殊结构，使光子晶体光纤具有许多与常规光纤完全不同的或独特的、 潜在的性能，可以实现许多常规光纤无法实现的功能而受到人们的广泛关注。从目前的研究工作来看，可以概括地说，光子晶体光纤不但可以实现常规光纤的性能，也能实现常规各种光纤受到结构设计的极限，此外还实现了一些在常规光纤(包括常规特种光纤)研究中未曾发现过的一些特性。PCF的无截止单模特性与其绝对尺寸无关，光纤放大或缩小照样可以保持单传输， 这表明可以根据特定需要来设计光纤模场面积。通过选择最佳的空气孔直径，将大模场面积同无截止单模传输特性结合起来，不但可以用于传输高功率能量，还可应用到光纤放大器和光纤激光器中。英国Bath大学的研究人员已经研制出了工作在458nm、纤芯直径是 23 μ m的单模PCF，这在传统的单模光纤中需要控制折射率差的精度达到10_7，是化学气相沉积法所无法达到的。这种PCF的模场面积约为传统单模光纤的10倍，当用于传输高功率光时而无须担心出现非线性效应，同时还可以应用于光纤放大器和光纤激光器。反之，当需要高非线性效应时，可以减少光纤的模场面积。通过改变空气孔间距可以调节有效模场面积，调节范围在1. 5 μ m波长处约为广800 μ m2。如果在空气孔中填充合适的非线性材料， 也会显著提高PCF的非线性。Bell实验室发现，由峰值功率只有IW的IOOfs光脉冲注入 75cm长的PCF产生了超宽连续光谱的单模光，带宽达到lOOOnm，从紫光到近红外。超宽连续光谱的产生涉及一系列复杂的非线性过程，与之相关的因素可能包括极低的有效模场面积、特殊的色散特性和PCF的低损耗。空气孔间距在广20 μ m的范围内变化时，芯径大小不会影响光纤的无截止单模传输特性，因此在功能需求实现时，其结构设计在制造上提供了很高的自由度。以掺稀土元素的光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD)直接抽运，其效率高、结构紧、价格低廉。但是由于飞秒激光系统的光束完全被封闭在纤芯中，不受周围环境的影响，将飞秒激光器从超净、恒温和防震的高级实验室中解放出来。且光纤具有很大的表面积/体积比，具有极好的散热效果，可以利用大功率LD直接抽运，实现高功率光纤激光器。但是传统光纤激光器在高功率下的锁模运转受到光纤非线性的限制，大模场面积光子晶体光纤通过在光纤包层中引入周期性排列的空气孔，可以极大地提高光纤的纤芯直径并保持单模，从而有效降低非线性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，本专利技术的光子晶体光纤通过采用掺杂有稀土元素的石英材料制成。本专利技术为了解决上述技术问题，提供了一种全掺杂光子晶体光纤，包括由内向外依次设有的实心毛细管、围绕实心毛细管均勻排列的空心毛细管层以及设在空心毛细管层外侧的套管，其中，所述实心毛细管和空心毛细管采用掺杂有稀土元素的石英材料制成。进一步，所述掺杂的稀土元素包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐 (Sm)、铕(Eu)、轧(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc) 和钇(Y)中的一种或几种的组合。本专利技术还提供了一种制备所述全掺杂光子晶体光纤的方法，所述方法包括如下步骤步骤一，采用掺杂有稀土元素的石英材料分别制作光纤的实心毛细管和空心毛细管； 步骤二，将制备好的掺杂有稀土元素的实心毛细管和空心毛细管按周期性结构均勻排列在套管内并熔合成型；步骤三，将熔合成型的包含有实心毛细管、空心毛细管和套管的整体结构进行拉丝处理，完成全掺杂光子晶体光纤的制备。采用上述本专利技术技术方案的有益效果是本专利技术提供的全掺杂光子晶体光纤其整个光纤截面都包含稀土元素，可以大大增大有源区域的面积，增大转换效率；结合光子晶体光纤的无截止单模特性，可以很容易的实现超大模场的有源光纤；其大模场面积光子晶体光纤具有极低的非线性系数及很高的泵浦光数值孔径，防止脉冲分裂，同时又保证光纤激光器的单模运转，使得进一步提高了全掺杂光子晶体光纤的平均功率和单脉冲能量。附图说明图1为本专利技术实施例中全掺杂光子晶体光纤的截面结构示意图； 图2为本专利技术实施例中制备全掺杂光子晶体光纤的方法流程图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。图1为本专利技术实施例中全掺杂光子晶体光纤的截面结构示意图，如图1所示，所述全掺杂光子晶体光纤，包括由内向外依次设有的实心毛细管3、围绕实心毛细管3均勻排列的空心毛细管2层以及设在空心毛细管2层外侧的套管3，在本专利技术实施例中，所述实心毛细管1和空心毛细管2采用掺杂有稀土元素的石英材料制成。在上述实施例中，所述掺杂的稀土元素包括镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷 (Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm),II (Yb)和镥(Lu)中的一种或几种的组合。在光子晶体光纤中掺入各种稀土元素，如镱离子(％3+)、铒离子(Er3+)等，可以使光子晶体光纤的性能更加丰富多彩，通过结构类型、实心毛细管或围绕实心毛细管的空心毛细管孔的大小与几何形状可以控制、调节光子晶体光纤中的光限制能力，这是一种非常新颖、独特和有用的方法，可以广泛地应用于有源光器件领域，如高功率光纤激光器、光纤放大器、超连续光谱光源等。总之，全掺杂光子晶体光纤及其相关技术具有巨大的应用潜力和开发价值，随着研究的深入和应用的推广，必将对光纤激光器及其相关领域产生重要而深远的影响。在石英中掺杂稀土元素制成的光纤可成为激光介质，稀土或称镧系元素一共 15个，在元素周期表中占据倒数第二行的位置，全部稀土元素具有相同的外电子结构 kSpMs2，即满壳层。稀土元素的电离通常以形成三价态的形式发生，例如Nd3+，Yb3+，Er3+ 等，它们溢出2个6s和1个4f电子。由于剩下的4f电子受到屏蔽作用，因此他们的荧光与吸收波长不易受外场的影响。对于掺杂有稀土元素的光纤，在其吸收带对应的波长上提供必要的泵浦，在其荧光对应的波长上提供形成增益和振荡的条件，它就可以产生激光。掺杂有稀土元素光纤作为光学谐振腔的主要组成部分，其掺杂离子类别和浓度对于光纤激光器的运转起着很大作用。作为增益介质的稀土金属离子是以一定的浓度和分布掺杂于以S^2 为主要成份的纤芯中。这些稀土金属离子具有从紫外到红外很宽的荧光光谱范围，这就使得光纤激光器的发射波长覆盖了更宽的波段。本专利技术另一实施例提供了一种制备上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹祥东，
申请(专利权)人：武汉虹拓新技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：