專利名稱：單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖及其制作方法，屬于大功率寬帶光纖
放大器、激光器、特種光纖領域。
背景技術：
摻稀土光纖放大器或激光器采用摻稀土元素(Nd， Sm， Ho， Er， Pr， Tm， Yb等)離子 光纖，利用受激輻射機制實現光的直接放大。 每種稀土元素的吸收截面與發(fā)射截面都不相同，導致對應光纖的工作波長也 不一樣。例如，摻釹光纖工作波長為1000-1150nm，1320-1400nm;摻鉺光纖工作波長 550nm， 850nm， 980-1000nm， 1500-1600nm， 1660nm， 1720nm， 2700nm ;慘鐿光纖工作波長為 970-1040nm ;摻釷光纖工作波長為455nm，480nm，803-825nm， 1460-1510nm， 1700-2015nm， 2250-2400nm ;摻鐠光纖工作波長為490nm， 520nm， 601-618nm， 631-641nm， 707-725nm， 880-886nm，902-916nm， 1060-1110nm， 1260-1350nm ;摻鈥光纖工作波長為550nm， 753nm， 1380nm，2040-2080nm，2900nm。摻釤光纖工作波長為651nm，摻不同的玻璃基質的稀土離 子，其增益帶寬與性質也有差異。例如純硅光纖玻璃基質的摻鉺光纖，其1500nm增益半波 譜寬為7. 94nm，而鋁磷硅光纖玻璃基質的摻鉺光纖，其1500nm增益半波譜寬為43. 3nm[W. J. Miniscalco. Optical andelectronic properties of rare—earth ions in glasses in rare—earth doped fiber lasers andamplifier. NewYork :Marcel Dekker. 2001， pp : 17-112]?，F有的雙包層光纖或者為單摻稀土的，或者為雙摻稀土。即使是雙摻稀土光纖， 也是利用兩種摻稀土元素對泵浦源的吸收截面不同，以及兩種距離很近的元素能級相互作 用，實現一種摻稀土元素吸收泵浦功率，另一種元素受激放大的目的，如鉺鐿共摻光纖。因 此，現有的雙包層光纖放大信號帶寬通常只有幾十nm，當要放大不同的波長信號，且波長間 隔超過lOOnm時，就需要分別配置不同的雙包層光纖，再進行信號合并，結構復雜且成本很 高。

發(fā)明內容
為了克服已有的傳統(tǒng)雙包層光纖僅僅只能放大很窄的波長范圍，本發(fā)明提供一種
單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖及其制作方法。 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括N個獨立摻稀土離子區(qū)，2《N《20
的整數，其中這N個摻稀土離子區(qū)中至少有兩個區(qū)的摻稀土離子類型不同。 摻稀土離子類型包括釹離子、鉺離子、鐿離子、釷離子、鐠離子、鈥離子、釤離子、釹
鐿共摻離子、鉺鐿共摻離子。 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，包括以下步驟 步驟一，將N根摻稀土離子雙包層光纖的預制棒拉制成芯層直徑相等的細棒，并 將這些細棒的外包層除掉，2《N《20的整數；
步驟二，對去掉外包層的N根細棒進行處理，使得細棒的芯層成扇形； 步驟三，將處理后的N根細棒組織起來，套上石英管，拉制成單芯多摻稀土離子區(qū) 雙包層光纖。 按照上述步驟制作的單芯光纖，至少有兩根雙包層光纖的預制棒的摻稀土離子類 型不同。 步驟一中雙包層光纖的預制棒摻稀土離子類型包括釹離子、鉺離子、鐿離子、釷離 子、鐠離子、鈥離子、釤離子、釹鐿共摻離子、鉺鐿共摻離子。 本發(fā)明的有益效果具體如下單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，可放大波長從 400nm至2900nm寬范圍包含0、 E、 S， C， L， U/XL波段的信號。相對于傳統(tǒng)放大多波段信號 中，需要對每一波段分別配置對應的摻稀土離子類型的雙包層光纖再進行信號合并，顯然， 采用多摻稀土離子多芯雙包層光纖明顯減少連接損耗，結構更加緊湊。雙包層光纖的芯層 根據摻稀土離子的不同劃分為不同的扇形區(qū)域，一方面使各摻稀土離子由于共用內包層使 得較大增益，另一方面，由于放大的光信號輸出區(qū)域不一樣，對相關的信號處理提供了方 便。采用單芯結構，使得這種光纖容易與普通光纖直接熔接。由于采用多根摻稀土離子不 全相同的雙包層光纖預制棒來制作單芯多摻稀土離子區(qū)光纖，簡化了制作工藝，結構緊湊， 受環(huán)境影響小等優(yōu)點。


圖1為單芯四個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖截面圖。
圖2為單芯兩個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖截面圖。
圖3為單芯十個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖截面圖。
圖4為單芯二十個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖截面圖。
圖5為圖4的芯層摻稀土離子區(qū)的截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明不涉及摻稀土離子纖芯雙包層光纖預制棒的制作，這些均為專利或文獻報 道的技術。 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
實施例一 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括獨立的摻釹離子區(qū)、摻鈥離子區(qū)、摻 鉺離子區(qū)與摻鐿離子區(qū)，參見圖1。 上述單芯四個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，詳細描述如下
步驟一，制作摻稀土離子雙包層光纖預制棒四根，四根光纖預制棒摻稀土離子 分別為釹離子、鈥離子、鉺離子與鐿離子，四根光纖預制棒內包層的形狀均為圓角矩形； 將這四根的不同摻稀土離子雙包層光纖預制棒拉制成芯層直徑均為10mm的圓角矩形 (200X160mm)內包層的細棒。 步驟二，用氫氟酸將上述四根芯層直徑均為lOmm的細棒的外包層腐蝕掉，留下內 包層和芯層兩層。 步驟三，對去掉外包層的四根細棒進行激光切割，使每根細棒的芯層均為弧度為^/2的扇形。 步驟四，將步驟三處理后的四根細棒組織起來，套上內徑為200mm的石英管。
步驟五，將完成步驟四的細棒拉絲，拉制成芯層直徑為lym的單芯四個摻稀土離 子區(qū)雙包層光纖。其中內包層2的形狀為圓角矩形，外包層1的形狀為圓形，芯層內區(qū)分為 四個區(qū)域摻釹離子區(qū)域3、摻鈥離子區(qū)域4、摻鉺離子區(qū)域5和摻鐿離子區(qū)域6，如圖1所 示。 實施例二 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括獨立的摻鈥離子區(qū)、鐿鉺共摻離子 區(qū)，參見圖2。
上述一種單芯兩個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，詳細描述如下 步驟一，制作摻稀土離子雙包層光纖預制棒二根，二根光纖預制棒摻稀土離子分
別為鈥離子、鉺鐿共摻離子，二根預制棒的內包層的形狀均為圓形；將這二根不同摻稀土離
子雙包層光纖預制棒拉制成芯層直徑均為5mm，內包層直徑為150mm的細棒。 步驟二，用激光切割的辦法將上述二根細棒的外包層去掉，留下內包層和芯層兩層。 步驟三，對去掉外包層的細棒進行研磨處理，使得鉺鐿共摻的細棒芯層和內包層
均為2 Ji /3弧度的扇形，摻鈥離子的細棒芯層和內包層為Ji /3弧度的扇形。 步驟四，將步驟三處理后的二根細棒組織起來，套上內徑為150mm的石英管。 步驟五，將完成步驟四的棒拉絲，拉制成芯層直徑為8ym的單芯兩個摻稀土離子
區(qū)雙包層光纖。其中內包層2的形狀為圓形，外包層1的形狀為圓形，芯層內分為二個區(qū)域
鉺鐿離子共摻區(qū)域7和摻鈥離子區(qū)域8，如圖2所示。 實施例三 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括獨立的摻釹離子區(qū)、鈥離子區(qū)、鉺離 子區(qū)、鐿離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、釹鐿共摻離子區(qū)、鉺離子區(qū)、鐿離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、 鉺離子區(qū)，參見圖3。
上述單芯十個摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，詳細描述如下 步驟一，制作摻稀土離子雙包層光纖預制棒十根，十根光纖預制棒摻稀土離子分
別為釹離子、鈥離子、鉺離子、鐿離子、鉺鐿共摻離子、釹鐿共摻離子、鉺離子、鐿離子、鉺鐿
共摻離子、鉺離子，十根預制棒的內包層的形狀均為正八邊形；將這十根摻稀土離子雙包層
光纖預制棒拉制成芯層直徑均為lmm，內包層直徑為40mm的細棒； 步驟二，用研磨的辦法將上述十根細棒的外包層去掉，留下內包層和芯層兩層；
步驟三，對去掉外包層的細棒進行氫氟酸腐蝕處理，使得每根細棒芯層和內包層 均為n/5弧度的扇形； 步驟四，將步驟三處理后的十根細棒組織起來，套上內徑為40mm的石英管；
步驟五，將完成步驟四的棒拉絲，拉制成芯層直徑為10 ii m的單芯十個摻稀土離 子區(qū)雙包層光纖。其中內包層2的形狀為八角矩形，外包層1的形狀為圓形，芯層內分為十 個區(qū)域釹離子區(qū)域9、鈥離子區(qū)域10、鉺離子區(qū)域11、15與18、鐿離子區(qū)域12與16、鉺鐿 共摻離子區(qū)域13與17、釹鐿共摻離子區(qū)域14，如圖3所示。
實施例四
單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括獨立的摻釹離子區(qū)、摻鈥離子區(qū)、摻 鉺離子區(qū)、摻鐿離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、釹鐿共摻離子區(qū)、摻釤離子區(qū)、摻釷離子區(qū)、摻鐠 離子區(qū)、摻鉺離子區(qū)、摻鐿離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、摻鐿離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、摻釷離 子區(qū)、摻鐠離子區(qū)、鉺鐿共摻離子區(qū)、釹鐿共摻離子區(qū)、摻釹離子區(qū)、摻鈥離子區(qū)，參見圖4 與圖5。
上述單芯二十摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，詳細描述如下 步驟一，制作摻稀土離子雙包層光纖預制棒二十根，二十根光纖預制棒芯層摻稀
土離子分別為釹離子、鈥離子、鉺離子、鐿離子、鉺鐿共摻離子、釹鐿共摻離子、釤離子、釷
離子、鐠離子、鉺離子、鐿離子、鉺鐿共摻離子、鐿離子、鉺鐿共摻離子、釷離子、鐠離子、鉺鐿
共摻離子、釹鐿共摻離子、釹離子、鈥離子；二十根預制棒的內包層的形狀均為圓形；將這
二十根摻稀土離子雙包層光纖預制棒拉制成芯層直徑均為2mm，內包層直徑為80mm的細
棒； 步驟二，用研磨的辦法將上述二十根細棒的外包層去掉，留下內包層和芯層兩 層； 步驟三，對去掉外包層的細棒進行機械切割處理，使得每根細棒芯層和內包層均 為n/10弧度的扇形； 步驟四，將步驟三處理后的二十根細棒組織起來，套上內徑為80mm的石英管；
步驟五，將完成步驟四的棒拉絲，拉制成芯層直徑為20 ii m的單芯二十個摻稀土 離子區(qū)雙包層光纖。如圖4所示，內包層2的形狀為圓形，外包層1的形狀為圓形。圖5為 圖4中芯層100的放大顯示，芯層100內分為二十個區(qū)域釹離子區(qū)域19與37、鈥離子區(qū) 域20與38、鉺離子區(qū)域21與28、鐿離子區(qū)域22、29與31、鉺鐿共摻離子區(qū)域23、30、32與 35、釹鐿共摻離子區(qū)域24與36、釤離子區(qū)域25、釷離子區(qū)域26與33、鐠離子區(qū)域27與34，
實施例五 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其芯層包括N個獨立摻稀土離子區(qū)，2《N《20
的整數，其中這N個摻稀土離子區(qū)中至少有兩個區(qū)的摻稀土離子類型不同。 上述單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法 步驟一，制作摻稀土離子雙包層光纖預制棒N根，N為2到20之間的整數，N根光 纖預制棒芯層摻稀土離子不全相同，內包層形狀為任意形狀，將摻稀土離子雙包層光纖預 制棒拉制成芯層直徑相等的細棒，細棒芯層直徑為1 10mm ; 步驟二，用研磨或激光切割或機械切割或氫氟酸腐蝕的辦法將上述二十根細棒的 外包層去掉，留下內包層和芯層兩層； 步驟三、對去掉外包層的細棒進行研磨或激光切割或機械切割或氫氟酸腐蝕處 理，使得細棒的芯層為扇形； 步驟四、將處理后的細棒組織起來，套上石英管； 步驟五、將完成步驟四的棒拉絲，拉制成芯層直徑為1 20ym的單芯二十個摻稀 土離子區(qū)雙包層光纖。
權利要求
單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其特征為芯層包括N個獨立摻稀土離子區(qū)，2≤N≤20的整數，其中這N個摻稀土離子區(qū)中至少有兩個區(qū)的摻稀土離子類型不同。
2. 根據權利要求1所述的單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖，其特征為摻稀土離子類 型包括釹離子、鉺離子、鐿離子、釷離子、鐠離子、鈥離子、釤離子、釹鐿共摻離子、鉺鐿共摻離子。
3. 單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，其特征為包括以下步驟 步驟一，將N根摻稀土離子雙包層光纖的預制棒拉制成芯層直徑相等的細棒，并將這些細棒的外包層除掉，2《N《20的整數；步驟二，對去掉外包層的N根細棒進行處理，使得細棒的芯層成扇形；步驟三，將處理后的N根細棒組織起來，套上石英管，拉制成單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖。
4. 根據權利要求3所述的單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖的制作方法，其特征為摻稀土離子雙包層光纖的預制棒中至少有兩根預制棒的摻稀土離子類型不同，預制棒的摻稀 土離子類型包括釹離子、鉺離子、鐿離子、釷離子、鐠離子、鈥離子、釤離子、釹鐿共摻離子、 鉺鐿共摻離子。
全文摘要
單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖及其制作方法，屬于大功率寬帶光纖放大器、激光器、特種光纖領域，同時放大O、E、S，C，L，U/XL波段的信號。該雙包層光纖單芯結構，容易與普通光纖直接熔接，其芯層包括N個獨立的不完全相同的摻稀土離子區(qū)，2≤N≤20。其制作步驟步驟一，將2≤N≤20根摻稀土離子雙包層光纖的預制棒拉制成芯層直徑相等的細棒，并將這些細棒的外包層除掉；步驟二，對去掉外包層的N根細棒進行處理，使得細棒的芯層成扇形；步驟三，將處理后的N根細棒組織起來，套上石英管，拉制成單芯多摻稀土離子區(qū)雙包層光纖。采用光纖預制棒來制作單芯多摻雜光纖，簡化了制作工藝，結構緊湊，受環(huán)境影響小。
文檔編號C03B37/025GK101694534SQ20091023616
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月22日 優(yōu)先權日2009年10月22日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 李晶, 祁春慧, 胡旭東, 裴麗, 魏淮 申請人:北京交通大學;