專利名稱：放大光纖及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有中心纖芯以及包圍所述中心纖芯的光學(xué)包層的放大光纖，其中所
述中心纖芯是基于包括納米粒子的硅石基體，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的 摻雜離子的基體材料。放大光纖例如可以用于高比特率光學(xué)傳輸鏈路的光學(xué)放大器。 此外，本發(fā)明涉及包括所述放大光纖的光學(xué)放大器以及光學(xué)激光器。另外，本發(fā)明 涉及一種用于制備納米粒子懸浮液的方法，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻 雜離子的基體材料。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造所述放大光纖的方法。另外，本發(fā)明涉 及所述光纖的使用。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的發(fā)明人提交的US 2003/0175003涉及在中心纖芯的基體(matrix)中包 括納米粒子(nanoparticle)的放大光纖。本公開涉及通過在基體中存在納米粒子來改進 光學(xué)放大器的可接入增益形狀，其中所描述的每種類型的納米粒子具有特定的稀土元素/ 基體的結(jié)合。 US 2003/0087742涉及一種具有包含于無定形基體中的晶體納米粒子簇的陶瓷增 益介質(zhì)。 本發(fā)明涉及通過特定增益形狀內(nèi)的光纖(例如，通過降低所需泵浦功率消耗)來 改進放大效率。 光學(xué)放大器是這樣的設(shè)備，其直接放大所述光學(xué)信號而無須首先將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換 為電信號。放大光纖以及特別是所謂的摻雜光纖放大器(DFA)使用摻雜光纖作為增益介 質(zhì)，以便放大光學(xué)信號。待放大的光學(xué)信號和泵浦激光被多路復(fù)用至摻雜光纖，而所述信號 的放大是通過與摻雜離子的交互作用來進行的，這將在下文中更詳細(xì)地解釋。這些DFA涉 及各種光學(xué)應(yīng)用。 將光纖摻雜稀土元素鉺(Er)給出所謂的摻鉺光纖放大器(EDFA)。在1550nm處，這 些EDFA在長距離和超長距離光學(xué)電信網(wǎng)絡(luò)中使用，以便放大所傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號。在980nm 或者1480nm波長處，這些EDFA可以有效地利用泵浦激光器來進行泵浦，并且在1550nm區(qū) 域中展現(xiàn)增益。 增益被定義為輸出信號功率除以輸入信號功率。輸入信號功率對應(yīng)于在放大光學(xué) 光纖的輸入處的光學(xué)信號的功率。輸出信號功率對應(yīng)于在放大光纖的輸出處的光學(xué)信號功 率(B卩，已放大信號)。輸出信號功率是輸入信號功率以及泵浦能量(被轉(zhuǎn)換為信號功率) 的總和；所述泵浦能量等于泵浦功率乘以泵浦效率。由此，增益是放大器提高光學(xué)信號功率 的能力的測量。 鐿(Yb)摻雜經(jīng)常在EDFA光纖中使用，以便通過在Yb和Er之間的能量轉(zhuǎn)移來改 進鉺泵浦信號吸收效率。此外，Yb離子還可以在高功率激光器應(yīng)用中單獨使用。
用于EDFA的光纖通常具有如下的中心纖芯，所述中心纖芯包括包含摻雜有鉺離 子的硅基基體，其中鉺離子濃度介于250卯m(0. 025wt. % )和lOOO卯m(O. lwt. % )之間。鉺離子是光學(xué)增益的源，并且所述增益由電子躍遷的受激發(fā)射引起，即從先前由泵浦源填充 的較高能態(tài)到較低能態(tài)。 用于EDFA的這些光纖通常包括共摻雜的其他元素，以便改進放大，例如用于拓寬 和/或平坦化作為放大器產(chǎn)生可用增益的光學(xué)波長范圍的放大帶或者放大窗口 。 一個示例 是共摻雜有鉺和鋁的光纖，以便允許在1520-1570nm波分復(fù)用(WDM) C_帶中進行放大?？?以通過選擇正確的稀土元素(單獨地或者以其兩個或者更多稀土元素相結(jié)合的方式)來實 現(xiàn)其他應(yīng)用和其他帶位置。 公知的是，摻雜稀土的光纖中的光學(xué)放大是通過向光纖中引入激發(fā)稀土離子(例 如，EDFA中的Ei^+離子)的泵浦信號來獲得的。當(dāng)光學(xué)信號通過光纖中的該部分時，可以 從處于受激狀態(tài)的離子發(fā)出類似于入射光子的光子，所述離子繼而返回至基態(tài)。在圖1中 進行了更詳細(xì)的解釋，將在下文描述。入射光學(xué)信號繼而將被倍增，并且稀土離子針對下一 輪激發(fā)和去激準(zhǔn)備就緒。所述過程稱作受激發(fā)射。如果光纖的此部分結(jié)合有包括兩個鏡或 者布拉格光柵的共振腔，則獲得激光光纖。所述激光光纖的波長和功率依賴于用作摻雜物 的稀土元素的特征和量。 在W匿系統(tǒng)中存在連續(xù)增強的需求，這將引起對于更好更快的系統(tǒng)的增強市場需 求。此類新一代系統(tǒng)將必須包括與高功率應(yīng)用相適應(yīng)的更有效的放大器和激光器。

發(fā)明內(nèi)容
在開發(fā)更有效的光纖放大器時，一個關(guān)鍵點在于可以克服增益限制或者飽和。輸 出信號功率由于有限數(shù)量的稀土離子和泵浦功率而受到限制。從而，當(dāng)輸入功率為低時， 可以具有高的增益，這是由于稀土離子和泵浦功率沒有飽和。如果輸入功率增加，通過并 發(fā)地增加泵浦功率，可以以相同方式增加輸出功率，從而可以維持增益水平。當(dāng)?shù)竭_泵浦 功率和稀土濃度的極限時，輸出功率到達其極限，從而不能維持增益。如果輸入信號功率 增加超過泵浦功率極限，則增益降低。達到了增益飽和。這可以解釋為何在低的輸入功率 信號時，可以增加輸出功率和高增益。這還可以解釋為何在高的輸入信號功率時，輸出信 號功率最大，并且增益降低至到達最小值。通過當(dāng)前使用的泵浦方案而實現(xiàn)此增益限制。 當(dāng)前泵浦方案的功率限制于商業(yè)可獲得的750mW激光泵。此外，出于成本和技術(shù)原因(諸 如，散熱和功耗)，當(dāng)前的泵浦方案通常限制于僅兩個泵的結(jié)合，其將總泵浦功率限制至 1. 5W(2X750mW)。該雙泵方案在放大器增益和輸出功率中施加了限制，迄今為止，其與新一 代放大器的需求并不相符。隨著輸入信號功率的增加，該增益飽和的問題日益嚴(yán)重。
本發(fā)明目的在于，利用較低的泵浦能量來獲得更高輸出功率或者得到給定輸出功 率。這可以通過增加放大介質(zhì)(摻雜稀土的光纖)的效率來實現(xiàn)，其對應(yīng)于本發(fā)明中有待 解決的技術(shù)問題。 在開發(fā)更為有效的放大器時，第二關(guān)鍵點在于可以降低用于給定輸出功率和給定 放大帶或者窗口的多個組件的成本。這可以通過降低所需泵浦功率來實現(xiàn)，這是由于在放 大器中泵浦的能量消耗表示使用預(yù)算的主要部分，并且由此泵浦功率的顯著節(jié)省將導(dǎo)致所 期望的成本縮減。 為了實現(xiàn)所述兩個關(guān)鍵點，必須改進摻雜稀土的光纖的效率，這是本發(fā)明的目的。
在B. S. Wang等人發(fā)表于SPIE(國際光學(xué)工程學(xué)會)會刊(vol咖e5623，pp. 411-417 (2005)) 中的Passive Components and Fiber-basedDevices中的"Novel erbium doped fiber for high power applications"之中，指出了高功率應(yīng)用需要在光 纖波導(dǎo)的設(shè)計以及摻雜成分的設(shè)計兩者中進行優(yōu)化。這一出版物公開了 光纖的光幾何參 數(shù)優(yōu)化可以通過優(yōu)化泵浦模場和鉺離子之間的重疊來改進泵浦功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)。該優(yōu) 化是通過降低數(shù)值孔徑并通過增加光纖的截止波長而獲得，通過降低數(shù)值孔徑以及通過增 加光纖的截止波長，所述優(yōu)化針對光纖的彎曲損耗不具有可察覺的影響。另外，該出版物公 開了 摻雜改進可以通過沿著光纖長度來提高鉺離子濃度和鉺離子均勻性來獲得。后一改 進可以通過在光纖纖芯中高的鋁離子濃度來實現(xiàn)，同時確保特定譜形特征并限定鉺離子成 簇。 然而，在此出版物中所公開的方案對于超過350mW的泵浦功率而言并不充分。此 外，高的鋁離子濃度并不良好地符合于期望的低數(shù)值孔徑，這是由于已知鋁離子強烈地提 高光纖纖芯的折射率。最后，已知的是，高的鋁離子濃度將導(dǎo)致光纖的背景損失增高，這有 可能顯著影響增益介質(zhì)的效率。 在S.Tammela等人于0FC， 04， 0FC2004 Technical digest, FB5 (2004)的 "Potential of nanoparticle technologies for next generationerbium-doped fibers"的出版物中，公開了一種提高增益介質(zhì)效率的方法，其通過在光纖纖芯內(nèi)的高稀土
離子摻雜結(jié)合以及更為均勻的稀土離子散布而實現(xiàn)。這是通過使用涉及所謂直接納米粒子 沉積(DND)工藝的光纖制造方法來實現(xiàn)。所述DND工藝是通常用于摻雜光纖纖芯的已知的 改進化學(xué)氣相沉積(MCVD)工藝的備選技術(shù)方案。所述出版物公開了基于外氣相沉積(0VD) 技術(shù)的制造工藝的使用，其中同時實現(xiàn)了硅基基體和摻雜。當(dāng)將元素先驅(qū)反應(yīng)物同時置入 專門設(shè)計的噴火器的火焰中時，形成包括摻雜稀土的硅石粉(可能共摻雜有其他元素)的 納米粒子。繼而，所生成的納米粒子直接投射到旋轉(zhuǎn)棒上，并且玻璃化或者熔結(jié)，從而提供 將要構(gòu)成光纖纖芯的摻雜有硅石的層。所述出版物公開的DND工藝提供了在高的稀土離子 濃度下在光纖纖芯內(nèi)稀土離子的均勻散布，這是由于在納米粒子與硅石材料二者的玻璃化 期間兩者一起熔解。 然而，此類制造工藝并不允許在放大光纖中心纖芯內(nèi)保持納米粒子的結(jié)構(gòu)；這些 納米粒子摻雜有硅石粒子(諸如，通過氣相沉積工藝所獲得的那些)，以及在高溫時熔結(jié)， 以便形成將生成主要光學(xué)預(yù)制件的玻璃層。由此，在結(jié)果生成的光纖中不存在納米粒子，這 是由于在制造光纖期間，納米粒子的基體已經(jīng)與中心纖芯的基體相熔合。由此，不能使用此 技術(shù)來精確地控制稀土元素?fù)诫s離子附近的化學(xué)環(huán)境(該環(huán)境通過摻雜離子熒光屬性控 制主要增益特征)，這是不利的。繼而，這將會限制獨立于摻雜特征的光幾何參數(shù)的可能優(yōu) 化。由此，特定增益形狀的增益介質(zhì)的效率增加將會受到限制。 已知的是，使用改進化學(xué)氣相沉積(MCVD)工藝，通過結(jié)合摻雜有稀土元素的納米 粒子來在光纖纖芯內(nèi)加入稀土摻雜物。例如，文獻EP-A2-1917702和W0-A2-2007/020362公 開了在放大光纖的中心纖芯中包含納米粒子的光纖。在這些文獻中所公開的納米粒子包括 稀土元素的摻雜離子，并且還有改進信號放大的至少一個元素的其他摻雜離子(諸如鋁、 鑭、銻、鉍等)。然而，由于設(shè)計、這些納米粒子的化學(xué)成分、大小和/或濃度，用于在中心纖 芯中包括摻雜離子的工藝的特征或者光幾何特征并不確保在高泵浦功率狀態(tài)下將增益介 質(zhì)效率最大化。
由此，仍然需要允許在特定增益配置下將增益介質(zhì)效率最大化的摻雜有稀土元素的放大光纖，這也即本發(fā)明的一個目的。 所述目的中的一個或者多個可以通過根據(jù)導(dǎo)言中的放大光纖來實現(xiàn)，其中摻雜離子的濃度介于中心纖芯總重的大約0.01wt. %和大約lwt. X之間，優(yōu)選地介于0.01wt. %至O. 5wt. %之間，更優(yōu)選地介于0. Olwt. %和0. 2wt. %之間，并且其中在摻雜離子之間的平均距離應(yīng)當(dāng)至少是0. 4納米。 由此，在本光纖中存在不同的納米粒子，其可以不同于光纖中心纖芯的包圍基體。稀土摻雜離子的濃度導(dǎo)致了最佳結(jié)果，這是由于此濃度導(dǎo)致了良好增益，并且由于在納米粒子內(nèi)稀土摻雜離子的散布使得稀土離子之間的最小距離高于可以同化為成對或者成簇的兩個稀土摻雜離子之間的最小距離。這種同化導(dǎo)致了所謂的濃縮猝滅現(xiàn)象，并且結(jié)果導(dǎo)致降低放大效率。根據(jù)本發(fā)明，在兩個稀土離子之間的距離應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛘吒哂?. 4nm，優(yōu)選的是等于或者高于0. 6nm，更優(yōu)選的是0. 8nm，這分別對應(yīng)于在兩個稀土摻雜離子之間的4個、6個和8個原子的最小間隔。 其中，短語"平均距離"意味著每組兩個摻雜離子的距離的平均值。由此，可能是如下情況，納米粒子中存在的多個摻雜離子比0. 4nm更靠近，即使稀土摻雜離子的距離的大多數(shù)應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛘叽笥?.4nm。在納米粒子內(nèi)存在多個摻雜離子(也即，將其稱為A、B、C等)。獲取每組摻雜離子(也即，A至B、A至C、B至C)之間的距離，并且確定平均距離(也即，((A至B) + (A至C) + (B至C)) /3)。平均距離應(yīng)當(dāng)至少為0. 4nm，優(yōu)選的是在納米粒子中稀土摻雜離子的至少80%的距離至少為0. 4nm，更優(yōu)選地至少90%的距離至少為0. 4nm，更優(yōu)選地全部的距離至少為0. 4nm。


在下文中，針對附圖更詳細(xì)地描述了本發(fā)明，在附圖中 圖1公開了將兩種類型泵浦激光器用于鉺的放大方案；圖la示出了用于以1480nm激光器進行泵浦的兩級激發(fā)方案，而圖lb示出了用于以980nm激光器進行泵浦的三級激發(fā)方案； 圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的光纖的示意性側(cè)視圖；圖2b示出了包括稀土元素離子的一個單個納米粒子的橫截面； 圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的制備納米粒子的方法；圖3b示出了根據(jù)本發(fā)明的制造放大光纖的方法。
具體實施例方式
圖1公開了用于摻鉺放大光纖的兩種可行放大方案。圖la公開了使用1480nm泵浦激光器的用于鉺的放大方案。較低水平線繪出了鉺電子的基態(tài)能級(GSL)。 一旦被泵浦激光器所泵浦，則電子通過激光能量吸收而被激發(fā)，并且沿著吸收(激發(fā))或者A(E)的左箭頭而移動至較高能級。電子轉(zhuǎn)移至與放大級(AL)相同的泵浦級(PL)。光學(xué)信號由左側(cè)的單波浪線箭頭繪出， 一旦光學(xué)信號進入光纖(光學(xué)輸入信號或者OIS)，則放大級中的電子回落至基態(tài)級，同時沿著右箭頭而出現(xiàn)輻射發(fā)射或者去激(RE(D))。在此階段，光學(xué)信號倍增，如由右側(cè)的兩個波浪線箭頭所示(光學(xué)輸出信號或者OUS)。
圖lb公開了使用980nm泵浦激光器的用于鉺的放大方案。此方案略微復(fù)雜并且具有額外的第三能級。較低水平線繪出了鉺電子的基態(tài)能級(GSL)。 一旦由激光器所泵浦，則電子借助于激光能量吸收而激發(fā)，并且沿著吸收(激發(fā))或者A(E)的左箭頭而移動至較高能級。電子轉(zhuǎn)移至與放大級(AL)不同并且更高的泵浦級(PL)。出現(xiàn)非輻射去激(NRD)的附加步驟，其中在泵浦級和放大級之間的能量差被納米粒子的基體材料所吸收，并且電子由此從泵浦級轉(zhuǎn)移至放大級。光學(xué)信號由左側(cè)的單波浪線箭頭繪出，一旦光學(xué)信號進入光纖(光學(xué)輸入信號或者OIS)，則放大級中的電子回落至基態(tài)級，同時沿著右箭頭而出現(xiàn)輻射發(fā)射或者去激(RE(D))。在此階段，光學(xué)信號倍增，如由右側(cè)的兩個波浪線箭頭所示(光學(xué)輸出信號或者OUS)。 圖2a示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的光纖。中心纖芯由虛線示出，并且黑點表示包括稀土離子的納米粒子；中心纖芯由光學(xué)包層所包圍。圖2b示出了單個納米粒子的橫截面，其中黑點是納米粒子基體材料中包含的單獨稀土離子。 根據(jù)本發(fā)明，有必要改進工藝的固有效率，其中每個稀土離子吸收泵浦信號并且將其轉(zhuǎn)移至激發(fā)狀態(tài)，接著發(fā)射光子(類似于入射光學(xué)信號)，同時回落至基態(tài)級。
根據(jù)本發(fā)明，還需要調(diào)整光纖中心纖芯的光幾何參數(shù)及其摻雜特征(其作為光學(xué)引導(dǎo)介質(zhì)的特征)，以便將每個單元光纖長度的整體增益最大化。對于給定增益值，通過將增益最大化和將泵浦功率消耗最小化來改進效率受到各種參數(shù)相互影響的限制。繼而，即使已知影響效率的主要參數(shù)(例如，稀土離子濃度、稀土離子散布和稀土離子附近的化學(xué)環(huán)境)，也不一定實現(xiàn)每個所述參數(shù)的最大影響，這是由于所述參數(shù)是聯(lián)系在一起的。本發(fā)明的方案由此可以在權(quán)利要求1的特征部分所公開的這些參數(shù)之間的最佳平衡中找到。
在納米粒子的基體材料中結(jié)合稀土元素的摻雜離子，其中通過分別控制摻雜離子的濃度和距離，嚴(yán)密控制納米粒子基體材料中的摻雜離子的溶解性和散布，由此導(dǎo)致所需的屬性。 在本放大光纖的中心纖芯中的摻雜離子濃度等于或者高于O.Olwt. %，優(yōu)選的是等于或者高于0. lwt. % ，并且等于或者低于lwt. % ，優(yōu)選的是等于或者低于0. 2wt. % 。
稀土元素的摻雜離子僅位于納米粒子中，而不是位于光纖中心纖芯的基體中。這意味著，根據(jù)應(yīng)用，可以通過提高在中心纖芯內(nèi)的納米粒子的數(shù)量，提高每個納米粒子內(nèi)的摻雜離子濃度，或者提高納米粒子的大小或者以上的結(jié)合，來調(diào)整中心纖芯中的摻雜離子濃度。 當(dāng)然，可以使用各種類型的納米粒子，其中每種納米粒子具有單獨選擇的摻雜離子濃度、基體構(gòu)成和大小。優(yōu)選的是在納米粒子中的摻雜離子濃度介于O. lwt. %和20wt. %之間，更優(yōu)選的是介于0. 5wt. %和15wt. %之間。根據(jù)本發(fā)明，其允許在放大光纖的中心纖芯中獲得所需的摻雜離子濃度。 在特定基體中可以最容易獲得摻雜離子濃度和摻雜離子距離(也稱作散布)的兩個特性，例如根據(jù)需要，在具有特定水平的鋁、磷或者鈣的基體中。 另外，以如下方式選擇納米粒子基體，以便確保用于稀土摻雜離子的特定增益特征。期望的增益特征依賴于應(yīng)用，每個應(yīng)用將具有針對放大增益形狀的特殊需求。
例如，WDM應(yīng)用需要寬的放大帶，同時單個信道放大或者激光應(yīng)用需要強烈和銳利的帶。稀土離子的增益形狀特征受到光纖中心纖芯內(nèi)的其附近化學(xué)環(huán)境的控制，從而控制稀土摻雜離子的相鄰元素是重要的，以便適合于正確的增益形狀。已知某些元素可以拓寬與特定稀土相關(guān)聯(lián)的增益帶，諸如氟化物、鋁、鋯和碲。已知其他元素可以引起窄帶，諸如鈉或者磷，同時保持高的稀土溶解性屬性。此外，稀土附近的化學(xué)環(huán)境結(jié)構(gòu)還將對帶寬產(chǎn)生強烈影響。例如，無定形無序結(jié)構(gòu)將有益于帶拓寬，而晶相或者弱無序無定形結(jié)構(gòu)將有益于明顯強烈的帶。相對于隨機摻雜工藝而言，借助于特定納米粒子使得稀土結(jié)合至光纖中將允許針對稀土環(huán)境的更好的定制。 基于期望的特征，本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠選擇用于納米粒子的最佳基體。根據(jù)本發(fā)明，使用本方法來制備納米粒子可以支持將納米粒子構(gòu)造為使得基體適合于應(yīng)用，這是由于在將納米粒子結(jié)合至光纖中心纖芯中之前合成了納米粒子。 另外，優(yōu)選的是，以如下方式選擇納米粒子的基體，從而具有有助于通過受激發(fā)射的稀土去激的聲子能量。 在本發(fā)明的一個實施方式中，涉及如圖la所示兩級放大方案，納米粒子的基體材料具有的聲子能量低于在泵浦期間稀土元素的放大級和基態(tài)級之間的能隙的20%，更優(yōu)選的是低于15%。對于摻雜離子去激的更佳效率而言，納米粒子基體應(yīng)當(dāng)具有受限或者被約束至特定窗口的聲子能量。在此窗口以外，效率將下降，這是由于能量從放大級傳遞至基體網(wǎng)絡(luò)造成的能量損失。對于信號放大，受激電子將由此損失，并且由此降低了效率。
在本發(fā)明的另一實施方式中，涉及圖lb描述的三級放大方案，納米粒子的基體材料具有的聲子能量為在泵浦期間的稀土元素的泵浦級和放大級之間能隙的至少25%，并且為在泵浦期間的稀土元素的放大級級和基態(tài)級之間能隙的至多22%，優(yōu)選的是18. 5%。在此實施方式中，存在針對納米粒子基體材料所需的最小聲子能量水平。由于泵浦級和放大級不相同，對于基體材料需要特定的能量轉(zhuǎn)移，從而將電子從泵浦級轉(zhuǎn)移至放大級。由于在放大級中僅有電子可以導(dǎo)致去激和信號放大。 期望的是，除了圖1繪出的過程以外，限制其他輻射和非輻射熒光消光過程的概率。 任何其他過程將顯著干擾光學(xué)信號的放大。這些過程示例的非限定性列表是多聲子松弛、轉(zhuǎn)移至基體材料中的缺陷或者雜質(zhì)、離子-離子轉(zhuǎn)移(所謂的交叉松弛)、能量轉(zhuǎn)移向上轉(zhuǎn)換(ETU)、受激狀態(tài)吸收。在放大光纖中，來自放大級的所測量的不理想熒光衰變被視為不同現(xiàn)象概率的總和。W_s = W^+W^+W^W^其中W_s是所測量的熒光衰變，Wrad是輻射去激的概率，W『W^和WET是非輻射去激過程，分別為多聲子松弛的概率、交叉松弛的概率以及去往相鄰雜質(zhì)和缺陷的能量轉(zhuǎn)移的概率。 放大過程效率的降級主要是由于這些類型的非輻射現(xiàn)象，所述現(xiàn)象強烈依賴于納
米粒子的基體的振動能量，所述振動能量被量化為能量子或聲子?；w聲子能量越高，則這
些過程出現(xiàn)的概率越高。在放大框架中，由此必須找到正確的基體聲子級。就此，可以定義
一個窗口 ，在所述窗口中基體聲子能量應(yīng)當(dāng)受到限制以便有益于放大。 例如，如果考慮利用980nm泵浦的鉺放大，則在稀土泵浦級和放大級之間的能隙
是大約4000cm—、而在稀土放大級和基態(tài)級之間的能隙是大約6500cm—、從而NP基體聲子能
量應(yīng)當(dāng)包括于1000cm—1和1400cm—1之間，更優(yōu)選的是介于1000cm—1和1200cm—1之間。硅酸
鹽、磷酸鹽、鋁鹽或者包括作為熱力學(xué)穩(wěn)定成分的Si、P和Al的氧化物的多組分基體將適合
于所需的聲子能級。
此外，由于納米粒子制造工藝及其在光纖中心纖芯內(nèi)的結(jié)合工藝，涉及在受激稀土離子和納米粒子的缺陷或者雜質(zhì)(主要是0H)之間的能量轉(zhuǎn)移的所有去激過程可能被避免，或者嚴(yán)格受到限制。 如前所述，本發(fā)明的一個重要方面在于，根據(jù)本發(fā)明，在將納米粒子結(jié)合至放大光纖中期間維持納米粒子的納米結(jié)構(gòu)。這意味著，納米粒子的結(jié)構(gòu)必須抵抗與塌陷(collapse)和光纖拉制工藝相關(guān)的高溫。例如，納米粒子應(yīng)當(dāng)能夠抵抗超過180(TC乃至200(TC的溫度。所述溫度依賴可以通過正確選擇納米粒子的基體材料而實現(xiàn)。由此，納米粒子應(yīng)當(dāng)具有能抵抗(不熔化或者蒸發(fā))至少180(TC、優(yōu)選的是至少200(TC的基體材料?？梢赃m于作為納米粒子基體材料的材料的非限定性示例是氧化鋁；然而對于高溫具有相同抵抗力的其他材料也是可行的。 還可以采用其他納米粒子的設(shè)計，例如纖芯殼體結(jié)構(gòu)，其中在利用纖芯基體材料制造的纖芯外建造納米粒子，所述纖芯被由高抵抗性基體材料制成的殼體所包圍。這種雙重結(jié)構(gòu)允許獨立于納米粒子的纖芯基體材料而獲得高度抵抗性的納米粒子。從而，可以選擇納米粒子基體來適合于正確的放大特征，即使納米粒子的這種纖芯基體材料不能抵抗高溫。納米粒子對于高溫的抵抗是由納米粒子殼體特征所提供。 在一個優(yōu)選實施方式中，納米粒子的基體材料是氧化鋁(A1203)、氧化磷(P205)或者其組合。 在一個優(yōu)選實施方式中，納米粒子的基體材料是無定形的。為了對光纖纖芯的透明度(其為一項重要參數(shù))進行優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)確保由于在中心纖芯中存在納米粒子導(dǎo)致的低的光散射。如果納米粒子具有不同于中心纖芯的折射率，則將出現(xiàn)散射。就此，納米粒子的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)優(yōu)選的是無定形的，這是由于晶體納米粒子給出較高的光散射。如果設(shè)計了晶體納米粒子，則重要的是考慮到晶體納米粒子的折射率以及摻雜離子濃度，來精確定義其最佳大小。 光纖中心纖芯的稀土含量還可以與以dB/m表示的吸收峰值的稀土離子的衰減相聯(lián)系。所述峰值應(yīng)當(dāng)介于2dB/m和20dB/m之間。 在本發(fā)明的一個實施方式中，中心纖芯的基于硅石的基體摻雜有從包括以下的組中選擇的至少一種元素鍺、磷、氟化物、硼以及其一個或者多個的結(jié)合。這些摻雜元素可以用于將中心纖芯的折射率提高或者降低至期望的水平。 優(yōu)選的是，基于中心纖芯的總重，中心纖芯中的氧化鋁的總濃度等于或者低于4wt. %，優(yōu)選的是等于或者低于3. 5wt. %。該限制必須針對如下事實來自納米粒子的氧化鋁可以導(dǎo)致與外部包層的高的折射率差。在氧化鋁濃度過高的情況下，光散射將被提高，而這是不期望的。 在一個優(yōu)選實施方式中，所述稀土元素是從包括以下的組中選出鉺、鐿、銩、以及這些元素的結(jié)合，優(yōu)選的是，鉺或者鉺與鐿的結(jié)合。 在納米粒子的基體中還可以存在其他元素以便改進多種基體屬性，諸如，稀土摻雜離子的可溶性。此類其他元素的示例為鈣、鋁、鈉或者磷。 尤其是，如果將氧化鋁用作納米粒子基體材料的主要部分，則稀土的可溶性為佳。
由于每個納米粒子的稀土離子的數(shù)量是可控的，所以對于給定的納米粒子大小，在中心纖芯或者光纖內(nèi)的最終稀土濃度將受到光纖纖芯中的納米粒子的濃度(換言之，在摻雜步驟中所結(jié)合的納米粒子的數(shù)量)的驅(qū)使。光纖中心纖芯內(nèi)的總稀土濃度將由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)應(yīng)用來確定，并且可以通過調(diào)節(jié)中心纖芯中的納米粒子濃度(=[NP]或者每個納米粒子中的稀土摻雜離子濃度([RE]NP)來實現(xiàn)。纖芯中的總稀土濃度是常量參數(shù)，其由[NP],格X[RE]wp的乘積給出。作為示例，如果是高的輸入信號功率，則可以調(diào)整[NP]纖芯和[RE]wp之間的關(guān)系，以便確保為實現(xiàn)給定的輸出功率信號的100%的稀土反轉(zhuǎn)(inversion)和最小的泵浦功率消耗。就此，利用優(yōu)選的高[NP]纟格和低[RE]『或者是低[NP]纖芯和高[RE]Np，可以實現(xiàn)在光纖中心纖芯內(nèi)的期望稀土濃度。 優(yōu)選的是，在1200nm時光纖具有的背景衰減損失等于或者小于4dB/km，優(yōu)選的是在1200nm時等于或者小于2dB/km。 優(yōu)選的是，納米粒子的大小等于或者小于lOOnm，優(yōu)選的是等于或者小于50nm，更優(yōu)選的是等于或者小于20nm。如果納米粒子的折射率接近中心纖芯的折射率，則由于較小的光散射，納米粒子的大小可以高至數(shù)十納米。然而，如果納米粒子和中心纖芯的折射率顯著不同，則由于較高的光散射，納米粒子的大小應(yīng)當(dāng)?shù)陀?0nm。
納米粒子的大小優(yōu)選的是至少2nm，更優(yōu)選的是至少5nm。 根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)引導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以獨立于增益性能而進行優(yōu)化，這是由于納米粒子的基體(負(fù)責(zé)增益性能)可以獨立于中心纖芯的基體(負(fù)責(zé)光學(xué)引導(dǎo)結(jié)構(gòu))來進行調(diào)整。由此，可以調(diào)整光幾何參數(shù)以便優(yōu)化放大器效率，例如，通過選擇中心纖芯的特定截止波長和折射率，而并不影響稀土摻雜離子的光學(xué)響應(yīng)。 在應(yīng)用波長窗口中的光纖中心纖芯的透明度是可以由放大介質(zhì)實現(xiàn)的整體增益的一個重要參數(shù)。為了獲得此類透明度，光纖的衰減閾值應(yīng)當(dāng)盡可能的低。在不使用納米粒子的情況下，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的摻雜工藝中，光學(xué)性能和中心纖芯基體成分是密切聯(lián)系的，這使得難以獨立于稀土附近的化學(xué)環(huán)境來調(diào)整中心纖芯的光學(xué)透明度。例如，用于EDFA的W匿摻雜光纖必然是高的鋁濃度，以便確保鉺環(huán)境中的充分鋁原子。然而，這導(dǎo)致?lián)p失了透明度，并且由此導(dǎo)致效率損失，因而是不期望的。 光纖通常包括(i)光學(xué)纖芯，其功能在于傳輸并且可選地放大光學(xué)信號；以及(ii)光學(xué)包層，其功能在于界定纖芯中的光學(xué)信號。出于此目的，纖芯的折射率(n。)和包層的折射率(ng)是n。〉rv如本領(lǐng)域所公知，單模光纖中光學(xué)信號的傳播被劃分為在纖芯中引導(dǎo)的基模(稱為LPOl)以及通過纖芯包層附件中的特定半徑引導(dǎo)的次級模式。
對于光纖，通常以在將折射率與光纖半徑相關(guān)聯(lián)的函數(shù)圖上的兩個點之間的折射率值的差來表示折射率分布。外部包層功能在于光學(xué)包層，并且具有基本恒定的折射率；所述光學(xué)包層通常包括純凈硅石，然而還可以包括一種或者多種摻雜物。對于具有階梯、梯形或者三角形相應(yīng)形狀的圖形而言，將光纖折射率分布稱作"階梯"分布、"梯形"分布或者"三角形"分布。這些曲線通常表示光纖的理論或者參考折射率分布(也即，設(shè)置分布)。光纖制造約束可以導(dǎo)致在實際光纖中略微不同的分布。根據(jù)本發(fā)明的放大光纖優(yōu)選地具有階梯折射率分布。 本發(fā)明提出了一種放大光纖，從中心向外圍包括中心纖芯和外部光學(xué)包層。中心纖芯直徑為r，優(yōu)選的是介于3 ii m和6 ii m之間，并且與外部光學(xué)包層的正折射率差為A ，優(yōu)選的是介于6X10—3和20X10—3之間。優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的光纖進一步具有的模場直徑(MFD)在1550nm波長時介于4iim和7iim之間；并且優(yōu)選的是，數(shù)值孔徑介于0. 16和0. 20nm之間，更優(yōu)選的是介于0. 17和0. 19之間，以便獲得最佳泵限制。本放大光纖優(yōu)選地具有低于1300nm的截止波長(、)，優(yōu)選的是低于1200nm，以便獲得高的泵限制。
泵限制或者泵轉(zhuǎn)換效率(PCE)在980nm的泵浦波長時優(yōu)選地高于90% 。
在1550nm時的信號限制應(yīng)當(dāng)至少是70X，并且定義為在鉺發(fā)射和信號模場之間
的重疊。 優(yōu)選的是，光纖設(shè)計考慮如下a)稀土摻雜離子效率，通過控制摻雜離子的化學(xué)環(huán)境以及濃度而實現(xiàn)；b)獨立的光纖的光幾何參數(shù)；c)在應(yīng)用波長窗口中光纖的中心纖芯基體的透明度。 本發(fā)明還涉及在光學(xué)放大器或光學(xué)激光器中使用根據(jù)本發(fā)明的放大光纖。此外，
本發(fā)明涉及使用根據(jù)本發(fā)明的放大光纖，以便改進特定增益形狀內(nèi)的光纖效率。 另外，本發(fā)明涉及一種至少包括一段根據(jù)本發(fā)明的放大光纖的光學(xué)放大器或者光
學(xué)激光器。 優(yōu)選的是，包括一部分根據(jù)本發(fā)明的光纖的光學(xué)放大器可以在高功率范圍中使用，以便達到在低于550mW的泵浦功率時23dBm的信號輸出功率，或者在低于1000mW的泵浦功率時25dBm的信號輸出功率，或者在低于1500mW的泵浦功率時27dBm的信號輸出功率。 本發(fā)明還涉及一種用于制備納米粒子懸浮液的方法，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料。 本發(fā)明的發(fā)明人的US 2003/0175003提及了一種借助于激光消融工藝或者改進溶膠-凝膠工藝來制備納米粒子的方法。然而，這些工藝不能生成具有如本發(fā)明所需的摻雜離子距離的納米粒子。由此，本發(fā)明提出了一種新穎的生成納米粒子的方法。根據(jù)本發(fā)明的工藝使用源于無機鹽先驅(qū)物的所謂的軟化學(xué)。 US 2003/0111644提及了一種使用沉淀劑來基于凝膠形式的工藝，沉淀劑例如有
機酸，其與活性核素形成復(fù)合體。 根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟 a)提供包括至少一種稀土元素離子的至少一種化合物； b)提供包括至少一種離子的至少一種化合物以便形成納米粒子的基體材料；
c)將在步驟a)和步驟b)中所獲得的所述化合物在攪拌下添加至pH范圍3_12的水溶液，以便獲得納米粒子的懸浮液，所述PH范圍優(yōu)選的是6-10。 根據(jù)本發(fā)明的方法涉及納米粒子的pH可控沉淀；而無須與活性核素形成復(fù)合體的反應(yīng)物，且無需用作配體的反應(yīng)物。此外，根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)物是無機堿(例如，NaOH(氫氧化鈉)或者KOH(氫氧化鉀)，優(yōu)選的是NaOH)。 圖3a以圖形方式示出了這一過程。在步驟a)中，提供稀土鹽。在步驟b)中，提供化合物，所述化合物將生成納米粒子的基體。優(yōu)選的是，a)中化合物的量與b)中化合物的量的比例是l : 10至300。 在用于制備納米粒子懸浮液的本方法的優(yōu)選實施方式中，步驟a)中的至少一種化合物是從包括鉺鹽的組中選擇，優(yōu)選的是醋酸鉺、硝酸鉺、乙酰丙酮鉺、氯化鉺以及其一個或者多個的結(jié)合。 在用于制備納米粒子懸浮液的本方法的優(yōu)選實施方式中，在步驟b)中的至少一種化合物是從包括以下的組中選擇鋁鹽和磷酸鹽或者其結(jié)合，優(yōu)選的是從包括以下的組中選擇硝酸鋁和三氯氧磷及其結(jié)合。
在用于制備納米粒子懸浮液的本方法的優(yōu)選實施方式中，執(zhí)行步驟C)的溫度介
于l(TC和50。C之間，優(yōu)選的是介于20。C和40。C之間。 另外，本發(fā)明涉及一種用于制造根據(jù)本發(fā)明的放大光纖的方法。 本發(fā)明的發(fā)明人的US 2003/0175003提及了一種用于制造放大光纖的方法。然
而，本發(fā)明涉及一種新穎的過程，包括加熱步驟，以便在將包括納米粒子的中空管進行熔結(jié)
和塌陷之前強化納米粒子的結(jié)構(gòu)。 根據(jù)本發(fā)明的方法包括以下步驟，并且在圖3b中繪出 I)制備包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料的納米粒子的懸浮液； II)提供具有通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝制備的內(nèi)部多孔層的基于硅石的中空管； III)向步驟II)中獲得的所述中空管的內(nèi)部多孔層注入在步驟I)中獲得的懸浮液； IV)將在步驟III)中獲得的摻雜內(nèi)部多孔層加熱，以便去除殘留的水分并且強化所述納米粒子； V)將在步驟IV)中獲得的所述中空管玻璃化并且塌陷以獲得光學(xué)預(yù)制件；
VI)可選地，將步驟V)中獲得的所述光學(xué)預(yù)制件進行套管或者外包層，以便獲得具有中心纖芯直徑與光學(xué)包層直徑的改進比率的光學(xué)預(yù)制件； VII)將步驟V)或者步驟VI)中獲得的所述光學(xué)預(yù)制件進行拉制，以便獲得如下光纖，所述光纖具有中心纖芯以及包圍所述中心纖芯的光學(xué)包層，其中所述中心纖芯基于包括納米粒子的硅石基體，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料，其中所述離子的濃度介于中心纖芯總重的大約O.Olwt. %和大約lwt. %之間，優(yōu)選地介于大約0. Olwt. %和大約0. 2wt. %之間，以及其中所述離子之間的平均距離應(yīng)當(dāng)至少是0. 4納米。 為了使得所設(shè)計的納米粒子在特定光學(xué)性能中真實有效，納米粒子基體必須在光纖纖芯內(nèi)保持為納米結(jié)構(gòu)，并且由此必須保持可以抵抗在例如MCVD預(yù)制工藝和光纖拉制工藝期間經(jīng)歷的壓力和溫度條件。這可以在通過注入的結(jié)合步驟之后并且在將層熔結(jié)和預(yù)制塌陷步驟之前，通過步驟IV)的熱處理而實現(xiàn)。此步驟可以在等于或者高于50(TC、等于或者高于例如80(TC、等于或者高于例如100(TC、或者等于或者高于例如120(TC的溫度執(zhí)行。此步驟允許本創(chuàng)造性方法應(yīng)用至具有小于25納米大小的小型納米粒子。
US 2007/0108413涉及稀土摻雜的氟化多成分納米粒子的制造，其不能經(jīng)歷本發(fā)明的熱處理。 FR 2 889 876涉及一種用于制造稀土摻雜納米粒子散布并將其結(jié)合至光纖中的方法，并且所述方法最適合于大的納米粒子。 例如，已知的是，通過在等于或者高于IOO(TC的溫度進行適當(dāng)處理，可以將氧化鋁轉(zhuǎn)換成更為耐熱的相。 僅出于解釋的目的，而給出了非限定性示例，在下文中進一步解釋本發(fā)明。
通過如下方法獲得C帶中的高效率放大的摻鉺光纖。 首先，制備包括摻鉺離子的納米粒子。在水溶液中共同沉淀硝酸鋁和硝酸鉺，使用氫氧化鈉來將所述溶液的PH值保持等于9。 鉺鹽濃度時3mmole/l，而在鋁鹽和鉺鹽之間的摩爾比是大約200，以便確保在納米粒子的氧化鋁基體中所需的摻鉺離子的散布。這應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致鉺離子具有的化學(xué)環(huán)境能夠到達期望的光譜特征。沉淀的納米粒子的大小大約為25nm。 在沉淀和納米粒子清洗之后，通過加入鹽酸來將pH值調(diào)整至6。獲得具有已知鉺濃度的Al/Er共摻雜納米粒子的穩(wěn)定水懸浮液。繼而，將此懸浮液用于注入經(jīng)由MCVD工藝獲得的中空硅石管的多孔基于硅石的中心纖芯層。出于此目的，將中空管置于豎直位置，并且將懸浮液倒入中空管。 通過在中心纖芯基體中使用鍺，將中心纖芯和包層之間的折射率差調(diào)整至13X10—3。在注入之后，從中空管中去除剩余的懸浮液，并且將該管干燥，并在大約IIO(TC的溫度進行1小時的熱處理，以便將中心纖芯內(nèi)的納米粒子結(jié)構(gòu)進行干燥和強化。其后，將得到的摻雜纖芯層進行熔結(jié)。繼而，在大約220(TC的溫度將已摻雜的管進行塌陷以便生成初始預(yù)制件，繼而將其進行套管以便調(diào)整中心纖芯直徑和光學(xué)包層直徑的比例。最后，使用標(biāo)準(zhǔn)拉制工藝將最終的預(yù)制件拉制為光纖。 獲得了摻鉺的光纖，其中1528nm的鉺衰減為6dB/m，測量為最大吸收，這大約對應(yīng)于總纖芯重量的0. 036wt. %的鉺。光纖具有1150nm的截止波長，與光學(xué)包層op 13X10—3的折射率差，O. 19的數(shù)值孔徑，MFD在1550nm時為5. 6微米，并且中心纖芯直徑為5微米。光纖在1220nm呈現(xiàn)1. 6dB/km的較低損耗。在980nm的泵限制等于90%并且信號限制是70%。 所述光纖在高輸入信號功率時呈現(xiàn)出高的效率，并且可以用作W匿C帶中的高功率/低增益EDFA擴展器。所述光纖允許在25dBm輸出信號功率時節(jié)省高達10%的泵浦功率。所述光纖還可以用于在涉及兩個750mW、980nm激光泵的雙泵放大方案中實現(xiàn)空前的26dBm信號輸出功率。 本發(fā)明進一步由所附權(quán)利要求書來限定特征。
權(quán)利要求
一種具有中心纖芯以及包圍所述中心纖芯的光學(xué)包層的放大光纖，其中所述中心纖芯基于包括納米粒子的硅石基體，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料，特征在于所述摻雜離子的濃度介于中心纖芯總重的大約0.01wt.％和大約1wt.％之間，優(yōu)選地介于大約0.01wt.％和0.2wt.％之間，以及其中納米粒子中的所述摻雜離子之間的平均距離至少是0.4納米，其中所述平均距離是納米粒子內(nèi)的每組兩個摻雜離子之間的距離的平均值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大光纖，其中所述納米粒子中的摻雜離子的濃度介于納米 粒子總重的0. lwt. %和20wt. %之間，優(yōu)選的是介于0. 5wt. %和15wt. %之間。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述納米粒子的基體材料具有 的聲子能量低于在泵浦期間稀土元素的放大級和基態(tài)級之間的能隙的20%，更優(yōu)選的是低 于所述能隙的l 5%。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述納米粒子的基體材料的聲 子能量為在泵浦期間稀土元素的泵浦級和放大級之間的能隙的至少25%，并且為在泵浦期 間稀土元素的放大級和基態(tài)級之間的能隙的至多22%，優(yōu)選的是18. 5%。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述納米粒子的基體材料是無 定形的。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述納米粒子的基體材料是氧 化鋁"1203)、氧化磷(P205)或者其結(jié)合。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述中心纖芯的基于硅石的基 體摻雜有從包括以下內(nèi)容的組中選擇的至少一種元素鍺、磷、氟化物、硼以及其一個或者 多個的結(jié)合。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中基于所述中心纖芯的總重，中 心纖芯中的氧化鋁的總濃度等于或者低于4wt. %，優(yōu)選的是等于或者低于3. 5wt. %。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述稀土元素是從包括以下內(nèi) 容的組中選出鉺、鐿、銩、以及所述元素的結(jié)合，優(yōu)選的是，鉺與鐿。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述光纖的背景衰減損失在 1200nm時等于或者低于4dB/km，優(yōu)選的是在1200nm時等于或者低于2dB/km。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，其中所述納米粒子的大小等于或 者低于100nm，優(yōu)選的是等于或者低于50nm，更優(yōu)選的是等于或者低于20nm。
12. 在光學(xué)放大器或者光學(xué)激光器中根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖的 使用。
13. 使用根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的放大光纖，以便改進特定增益形狀內(nèi)的 光纖效率。
14. 一種包括至少一段根據(jù)權(quán)利要求l-ll中的任一項所述的放大光纖的光學(xué)放大器。
15. —種包括至少一部分根據(jù)權(quán)利要求l-ll中的任一項所述的放大光纖的光學(xué)激光器。
16. —種用于制備納米粒子的懸浮液的方法，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料，所述方法包括以下步驟a)提供包括至少一種稀土元素離子的至少一種化合物；b) 提供包括至少一種離子的至少一種化合物以便形成所述納米粒子的基體材料；c) 將在步驟a)和步驟b)中所獲得的所述化合物在攪拌下添加至pH范圍3-12的水溶 液，以便獲得納米粒子的懸浮液，所述PH范圍優(yōu)選的是6-10。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于制備納米粒子的懸浮液的方法，其中在步驟a)中的所 述至少一種化合物是從包括以下內(nèi)容的組中選擇鉺鹽，優(yōu)選的是醋酸鉺、硝酸鉺、乙酰丙酮鉺、氯化鉺以及其一個或者多個的結(jié)合。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16-17中的任一項所述的用于制備納米粒子的懸浮液的方法，其中 在步驟b)中的至少一種化合物是從包括以下內(nèi)容的組中選擇鋁鹽和磷酸鹽或者其結(jié)合，優(yōu)選的是從包括以下內(nèi)容的組中選擇硝酸鋁和三氯氧磷及其結(jié)合。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16-18中的任一項所述的用于制備納米粒子的懸浮液的方法，其中 執(zhí)行步驟c)的溫度介于l(TC和5(TC之間，優(yōu)選的是介于2(TC和4(TC之間。
20. —種用于制造根據(jù)權(quán)利要求l-ll中的任一項所述的放大光纖的方法，所述方法包 括以下步驟I) 制備包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料的納米粒子的懸浮液；II) 提供具有通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝制備的內(nèi)部多孔層的基于硅石的中空管；III) 向步驟II)中獲得的所述中空管的內(nèi)部多孔層注入在步驟I)中獲得的懸浮液；IV) 將在步驟III)中獲得的摻雜內(nèi)部多孔層加熱，以便去除殘留的水分并且強化所述 納米粒子；V) 將在步驟IV)中獲得的所述中空管玻璃化并且塌陷以獲得光學(xué)預(yù)制件；VI) 可選地，將步驟V)中獲得的所述光學(xué)預(yù)制件進行套管或者外包層，以便獲得具有 中心纖芯直徑與光學(xué)包層直徑的改進比率的光學(xué)預(yù)制件；VII) 將步驟V)或者步驟VI)中獲得的所述光學(xué)預(yù)制件進行拉制，以便獲得如下光纖， 所述光纖具有中心纖芯以及包圍所述中心纖芯的光學(xué)包層，其中所述中心纖芯基于包括納 米粒子的硅石基體，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料，其 中所述離子的濃度介于中心纖芯總重的大約0.01wt. %和大約lwt. %之間，優(yōu)選地介于大 約0. Olwt. %和大約0. 2wt. %之間，以及其中所述離子之間的平均距離至少是0. 4納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有中心纖芯以及包圍所述中心纖芯的光學(xué)包層的放大光纖，其中所述中心纖芯是基于包括納米粒子的硅石基體，所述納米粒子包括包含至少一種稀土元素的摻雜離子的基體材料。選擇所述納米粒子的基體以便有助于稀土溶解性和散布，并且有助于放大過程。另外，本發(fā)明涉及包括本光纖的光學(xué)放大器以及光學(xué)激光器。另外，本發(fā)明涉及一種用于制備納米粒子的方法以及一種用于制造本光纖的方法以及所述光纖的使用。
文檔編號G02B6/02GK101782667SQ200910208378
公開日2010年7月21日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者A·帕斯圖雷特, C·科萊, D·布瓦萬, E·比羅維, O·卡瓦尼 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司