專利名稱：多層摻稀土離子環(huán)芯光纖及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層摻稀土離子環(huán)芯光纖及其制作方法，屬于大功率寬帶光纖放大
器、激光器、特種光纖領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(jī)制實(shí)現(xiàn)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(dǎo)致對(duì)應(yīng)光纖的工作波長(zhǎng)也 不一樣。例如，摻釹光纖工作波長(zhǎng)為1000-1150nm，1320-1400nm;摻鉺光纖工作波長(zhǎng) 550nm， 850nm， 980-1000nm， 1500-1600nm， 1660nm， 1720nm， 2700nm ;慘鐿光纖工作波長(zhǎng)為 970-1040nm ;摻釷光纖工作波長(zhǎng)為455nm，480nm，803-825nm， 1460-1510nm， 1700-2015nm， 2250-2400nm ;摻鐠光纖工作波長(zhǎng)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(zhǎng)為550nm， 753nm， 1380nm，2040-2080nm，2900nm。摻釤光纖工作波長(zhǎng)為651nm，摻不同的玻璃基質(zhì)的稀土離 子，其增益帶寬與性質(zhì)也有差異。例如純硅光纖玻璃基質(zhì)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(zhì)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. New York :Marcel Dekker. 2001，pp : 17-112]?，F(xiàn)有的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(duì)泵浦源的吸收截面不同，以及兩種距離很近的元素能級(jí)相互作用，實(shí)現(xiàn)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(xiàn)有的 光纖放大信號(hào)帶寬通常只有幾十nm，當(dāng)要放大不同的波長(zhǎng)信號(hào)，且波長(zhǎng)間隔超過(guò)lOOnm時(shí)， 就需要分別配置不同的光纖，再進(jìn)行信號(hào)合并，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本很局。 2002年5月國(guó)際電信聯(lián)盟ITU-T組織將光纖通信系統(tǒng)光波段劃分如下O波段(原 始波段)為1260-1360nm， E波段(擴(kuò)展波段)為1360_1460nm ;S波段(短波長(zhǎng)波段)為 1460-1530nm，C波段(常規(guī)波段)為1530_1565nm ;L波段(長(zhǎng)波長(zhǎng)波段)為1565_1625nm ; U波段(超長(zhǎng)波長(zhǎng)波段)為1625-1675nm。 實(shí)現(xiàn)研究表明，制作C波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長(zhǎng)度為2. 5米，而制作L 波段摻鉺光纖放大器需要有源光纖長(zhǎng)度為10米。[傅永軍簡(jiǎn)偉鄭凱等.鉍鎵鋁共摻的高濃 度摻鉺光纖及放大器.光電子技術(shù).2007,27(1) :17-19]。顯然，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)C波段與L波 段的信號(hào)的放大，僅僅采用一根摻鉺光纖是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。 現(xiàn)有的光纖能放大的信號(hào)光僅僅為單波段的信號(hào)光，帶寬通常只有幾十nm?，F(xiàn)有 實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)光的器件中，需要先將信號(hào)光分波處理為單個(gè)波段信號(hào)光，然后對(duì)單個(gè)波 段信號(hào)光分別配置對(duì)應(yīng)的摻稀土離子類型的光纖，最后將放大的單個(gè)波段信號(hào)光進(jìn)行合波 處理，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、引入的插入損耗大、分立元件多，可靠性差、對(duì)環(huán)境敏感且成本很高。
光纖激光器以其卓越的性能和低廉的價(jià)格，在光纖通信、工業(yè)加工、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域取得了日益廣泛的應(yīng)用。盡管在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單個(gè)光纖輸出超過(guò)lkW的單模激光， 而且實(shí)現(xiàn)這種激光需要嚴(yán)格的條件，難以工程應(yīng)用；但是隨著激光技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，以及 材料加工、空間通信、激光雷達(dá)、光電對(duì)抗、激光武器等的發(fā)展，需要高功率、高質(zhì)量、高強(qiáng)度 和超亮度的激光，要求單模輸出功率達(dá)到麗甚至GW量級(jí)。僅僅采用單模有源纖芯的雙 包層摻稀土光纖激光器，由于單模有源纖芯芯徑小于10ym，受到非線性、結(jié)構(gòu)因素和衍射 極限的限制，承受的光功率密度有限，單模有源光纖纖芯連續(xù)波損壞閾值約為lW/i!m2[J. Nilsson， J. K. Sahu， Y. Jeong， W. A. Clarkson， R. Selvas， A. B. Grudinin， and S. U. Alam， "High Power Fiber Lasers :New Developments", Proceedings of SPIEVol. 4974， 50-59(2003)]，其光學(xué)損壞危險(xiǎn)成為實(shí)現(xiàn)大功率單模光纖激光器的一大挑戰(zhàn)。除了光學(xué) 損壞外，由于大功率光產(chǎn)生的熱也會(huì)損壞光纖，甚至?xí)罱K融化纖芯。有文獻(xiàn)報(bào)道，鉺 鐿共摻光纖激光器每米可產(chǎn)生100W熱[J.Nilsson， S. U. Alam， J. A. Alvarez-Chavez, P. W. Turner, W. A. Clarkson， andA. B. Grudinin， ，， High-power and tunable operation of erbium-ytterbium co_dopedcladding_pumped fiber laser", IEEE J.Quantum Electron. 39， 987-994(2003)]。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的光纖僅僅只能放大單波段的信號(hào)、現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)多波段信號(hào)光放大器 件中由于需要對(duì)信號(hào)光分波、放大與合波處理而引起的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、插入損耗大、分立元件 多，可靠性差、對(duì)環(huán)境敏感且成本很高等缺點(diǎn)，同時(shí)為了克服已有的傳統(tǒng)雙包層單模光纖輸 出激光功率有限以及隨著光功率的增加，其抗熱等方面的缺陷，本發(fā)明提供一種多層摻稀 土離子環(huán)芯光纖及其制作方法。 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，該光纖中心為為硅芯區(qū)、硅芯區(qū)外，由內(nèi)到外分布第一 摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯，2《N《10，第N摻稀土 離子環(huán)芯的外邊分布外包層； 第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯、...第N摻稀土離子環(huán)芯的折射率相 等. 硅芯區(qū)的折射率低于第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯、...第N摻稀土 離子環(huán)芯的折射率； 外包層的折射率低于硅芯區(qū)的折射率。 第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯、外包層之間 由內(nèi)到外分布為第一硅環(huán)芯、第二硅環(huán)芯...第K硅環(huán)芯，O《K《N;
第一硅環(huán)芯...第K硅環(huán)芯的折射率與硅芯區(qū)的折射率相等。
純硅芯區(qū)形狀為圓形、長(zhǎng)方形、橢圓形形狀； 第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯形狀為圓環(huán) 形、長(zhǎng)方環(huán)形、橢圓環(huán)形； 第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯的摻稀土離 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。
第一摻稀土離子環(huán)芯、第二摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯的摻稀土離 子類型相同或不相同。
多層摻稀土離子環(huán)芯光纖的制作方法，其特征為該制作方法包括以下步驟
步驟一，制作無(wú)包層摻稀土離子光纖預(yù)制棒N根，將這N根摻稀土離子光纖的預(yù)制 棒，拉制成直徑從小到大的N根細(xì)棒，2《N《10 ; 步驟二，對(duì)完成步驟一的直徑從小到大的N根細(xì)棒進(jìn)行處理，得到尺寸從小到大 的N環(huán)形細(xì)棒，其中尺寸小的環(huán)形細(xì)棒外部能套上尺寸大的環(huán)形細(xì)棒； 步驟三，將完成步驟二的N根環(huán)形細(xì)棒組織起來(lái)，即尺寸小的環(huán)形細(xì)棒外部套上 尺寸大的環(huán)形細(xì)棒；在尺寸最大的環(huán)形細(xì)棒外部套上石英管，內(nèi)部空隙處用折射率比N根 摻稀土離子環(huán)形細(xì)棒折射率低但比石英管折射率高的細(xì)石英棒填充，拉制成多層摻稀土離 子環(huán)芯光纖。 N根摻稀土離子光纖的預(yù)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。 在制作無(wú)包層摻稀土離子光纖預(yù)制棒或細(xì)石英棒時(shí)，通過(guò)摻硼氧化物、摻氟氧化 物實(shí)現(xiàn)降低無(wú)包層摻稀土離子光纖預(yù)制棒或細(xì)石英棒的折射率，通過(guò)摻磷氧化物、鍺氧化 物提高無(wú)包層摻稀土離子光纖預(yù)制棒或細(xì)石英棒的折射率。 為了將摻稀土元素工作波長(zhǎng)范圍全部覆蓋上，這里定義A波段(最短波長(zhǎng)波段) 為小于1260nm ;Z波段(最長(zhǎng)波長(zhǎng)波段)為大于1675nm。 本發(fā)明的有益效果具體如下多層摻稀土離子壞芯光纖，能同時(shí)放大A、0、E、S，C， L，U、Z波段的信號(hào)光放大，相對(duì)于傳統(tǒng)放大多波段信號(hào)中，需要對(duì)每一波段分別配置對(duì)應(yīng)的 摻稀土離子類型的雙包層光纖再進(jìn)行信號(hào)合并，顯然，采用多層摻稀土離子環(huán)芯光纖明顯 減少連接損耗，結(jié)構(gòu)更加緊湊。由于多層摻稀土離子環(huán)芯光纖存在一個(gè)共同的中心包層區(qū)， 因此極大提高了泵浦效率。多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，能提高光纖抗熱能力，實(shí)現(xiàn)光纖自 組織相干合束，提高輸出功率。多層摻稀土離子環(huán)芯光纖具有結(jié)構(gòu)緊湊，受環(huán)境影響小等優(yōu) 點(diǎn)。


圖1為兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖截面圖。
圖2為三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯光纖截面圖。
圖3為五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖截面圖。
圖4為十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明不涉及摻稀土離子纖芯雙包層光纖預(yù)制棒的制作，這些均為專利或文獻(xiàn)報(bào) 道的技術(shù)。 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例一 兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖，參見(jiàn)圖1。該光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1夕卜，由內(nèi) 到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42，第二摻稀土離子環(huán)芯42的外邊分布外包層3。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子為鉺離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42摻 稀土離子為鐿離子。 本實(shí)施例中K = 0，第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42折射率相等， 純硅芯區(qū)1低于第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42的折射率；外包層3的折 射率低于純硅芯區(qū)1的折射率。 上述兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖的制作方法，包括以下步驟 步驟一，制作無(wú)包層的摻鉺離子光纖預(yù)制棒、摻鐿離子光纖預(yù)制棒各一根，分別拉 制成直徑為10mm， 12mm的細(xì)棒； 步驟二，用氫氟酸腐蝕的辦法，將摻鉺離子光纖細(xì)棒中心腐蝕掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為 8mm，外圓直徑為10mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，摻鐿離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為10mm，外圓直徑 為12mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 步驟三，將摻鉺離子圓環(huán)形細(xì)棒外部套上摻鐿離子圓環(huán)形細(xì)棒；摻鐿離子圓環(huán)形 細(xì)棒外部套上內(nèi)徑為12mm的石英管，空隙處用折射率比二根圓環(huán)形細(xì)棒低但比石英管折 射率高的細(xì)石英棒填充；拉制成直徑為125ym的兩層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖。
實(shí)施例二 三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯光纖，參見(jiàn)圖2。該光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1夕卜，由 內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第一硅環(huán)芯21、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第二硅環(huán)芯 22、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第三硅環(huán)芯23與外包層3，本實(shí)施例中K = 3。第一摻稀土離 子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42與第三摻稀土離子環(huán)芯43的摻稀土離子均為鐿離子。
第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43的折射 率相等，第一硅環(huán)芯21、第二硅環(huán)芯22、第三硅環(huán)芯23、硅芯區(qū)1的折射率相等，硅芯區(qū)1的 折射率低于第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43的折 射率；外包層3的折射率低于硅芯區(qū)1的折射率。 硅芯區(qū)1形狀為長(zhǎng)方形，第一摻稀土離子環(huán)芯41、第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻
稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43形狀為長(zhǎng)方環(huán)形。 上述三層摻稀土離子長(zhǎng)方環(huán)芯光纖的制作方法，包括以下步驟 步驟一，制作無(wú)包層的摻鐿離子光纖預(yù)制棒三根，分別拉制成直徑為10mm， 14mm，
18mm的細(xì)棒。 步驟二，用激光切割的辦法，將直徑為lOmm的摻鐿離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為 4. 4mmX6. 6mm的矩形，外為5. 4mmX8. lmm的矩形的長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的辦法，將直徑為14mm的摻鐿離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為 6. 6mmX9. 9mm的矩形，外為7. 6mmX11. 4mm的矩形的長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的辦法，將直徑為18mm的摻鐿離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為 8. 8mmX 13. 2mm的矩形，外為10mmX 15mm的矩形的長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒； 步驟三，將內(nèi)為4. 4mmX6. 6mm的矩形，外為5. 4mmX8. lmm的矩形的摻鐿離子光纖 長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒外部套上內(nèi)為6. 6mmX9. 9mm的矩形，外為7. 6mmX11. 4mm的矩形的摻鐿離子 光纖長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒，將內(nèi)為6. 6mmX9. 9mm的矩形，外為7. 6mmX 11. 4mm的矩形的摻鐿離子 光纖長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒外部套上內(nèi)為8. 8mmX 13. 2mm的矩形，外為10mmX 15mm的矩形的摻鐿離子光纖長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒，將內(nèi)為8. 8mmX 13. 2mm的矩形，外為lOmmX 15mm的矩形的摻鐿離子 光纖長(zhǎng)方環(huán)形細(xì)棒外部套上內(nèi)徑為20mm的石英管，空隙處用折射率比三根摻鐿離子長(zhǎng)方 環(huán)形細(xì)棒低但比石英管折射率高的細(xì)石英棒填充，拉制成直徑為600 m的三層摻稀土離 子長(zhǎng)方環(huán)芯光纖。
實(shí)施例三 五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖，參見(jiàn)圖3。該光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)1夕卜，由 內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第一硅環(huán)芯21、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第二硅環(huán)芯 22、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第三硅環(huán)芯23、第四摻稀土離子環(huán)芯44、第四硅環(huán)芯24、第五 摻稀土離子環(huán)芯45、第五硅環(huán)芯25與外包層3，本實(shí)施例中K = 5。第一摻稀土離子環(huán)芯 41的摻稀土離子為鉺離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42的摻稀土離子為鉺離子，第三摻稀土離 子環(huán)芯43的摻稀土離子為鐠離子，第四摻稀土離子環(huán)芯44的摻稀土離子為釤離子，第五摻 稀土離子環(huán)芯45的摻稀土離子為釹離子。 第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第四 摻稀土離子環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45的折射率相等，第一硅環(huán)芯21 、第二硅環(huán)芯22、 第三硅環(huán)芯23、第四硅環(huán)芯24、第五硅環(huán)芯25、硅芯區(qū)1的折射率相等，硅芯區(qū)1的折射率 低于第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第四摻稀 土離子環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45的折射率；外包層3的折射率低于硅芯區(qū)1的折射 率。 硅芯區(qū)1形狀為橢圓形，第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻
稀土離子環(huán)芯43、第四摻稀土離子環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45形狀為橢圓環(huán)形。 上述五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖的制作方法，包括以下步驟 步驟一，制作無(wú)包層的摻鉺離子光纖預(yù)制棒兩根，無(wú)包層的摻鐠離子光纖預(yù)制棒、
無(wú)包層的摻釤離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻釹離子光纖預(yù)制棒各一根，依次分別拉制成直
徑為10mm， 12mm， 14mm， 17. 5mm， 20mm的細(xì)棒。 步驟二，用機(jī)械切割的辦法，將直徑為10mm的摻鉺離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為長(zhǎng)軸 全長(zhǎng)為8mm，短軸全長(zhǎng)為5. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為10mm，短軸全長(zhǎng)為6. 6mm的橢圓的 橢圓環(huán)形細(xì)棒； 用機(jī)械切割的辦法，將直徑為12mm的摻鉺離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為 llmm，短軸全長(zhǎng)為7. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為12mm，短軸全長(zhǎng)為8mm的橢圓的橢圓環(huán)形 細(xì)棒； 用激光切割的辦法，將直徑為14mm的摻鐠離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為 13mm，短軸全長(zhǎng)為8. 6mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為14mm，短軸全長(zhǎng)為9. 3mm的橢圓的橢圓環(huán) 形細(xì)棒； 用激光切割的辦法，將直徑為17. 5mm的摻釤離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng) 為13mm，短軸全長(zhǎng)為10. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為17. 5mm，短軸全長(zhǎng)為11. 6mm的橢圓的 橢圓環(huán)形細(xì)棒； 用研磨的辦法，將直徑為20mm的摻釹離子光纖細(xì)棒切割成內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為 18. 5mm，短軸全長(zhǎng)為12. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為20mm，短軸全長(zhǎng)為13. 3mm的橢圓的橢 圓環(huán)形細(xì)棒。
步驟三，將內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為8mm，短軸全長(zhǎng)為5. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為10mm，短軸全長(zhǎng)為6. 6mm的橢圓的摻鉺離子橢圓環(huán)形細(xì)棒外部套上內(nèi)為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為llmm，短軸全長(zhǎng)為7. 3mm的橢圓，外為長(zhǎng)軸全長(zhǎng)為12mm，短軸全長(zhǎng)為8mm的橢圓的摻鉺離子橢圓環(huán)形細(xì)棒；將摻鉺離子橢圓環(huán)形細(xì)棒外部套上摻鐠離子橢圓環(huán)形細(xì)棒；將摻鐠離子橢圓環(huán)形細(xì)棒外部套上摻釤離子橢圓環(huán)形細(xì)棒；將摻釤離子橢圓環(huán)形細(xì)棒外部套上摻釹離子橢圓環(huán)形細(xì)棒；將摻釹離子橢圓環(huán)形細(xì)棒外部套上內(nèi)徑為30mm的石英管，空隙處用折射率比五根摻稀土離子橢圓環(huán)形細(xì)棒低但比石英管折射率高的細(xì)石英棒填充，拉制成直徑為800 m的五層摻稀土離子橢圓環(huán)芯光纖。
實(shí)施例四 十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖，參見(jiàn)圖4。該光纖中心為硅芯區(qū)1、硅芯區(qū)l夕卜，由內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43，第四摻稀土離子環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45、第六摻稀土離子環(huán)芯46、第一硅環(huán)芯21、第七摻稀土離子環(huán)芯47、第八摻稀土離子環(huán)芯48，第九摻稀土離子環(huán)芯49、第十摻稀土離子環(huán)芯410、第二硅環(huán)芯22與外包層3，本實(shí)施例中K = 2。第一摻稀土離子環(huán)芯41的摻稀土離子為鐿離子，第二摻稀土離子環(huán)芯42的摻稀土離子為鉺離子，第三摻稀土離子環(huán)芯43的摻稀土離子為釹鐿互摻離子，第四摻稀土離子環(huán)芯44的摻稀土離子為鈥離子，第五摻稀土離子環(huán)芯45的摻稀土離子為釷離子，第六摻稀土離子環(huán)芯46的摻稀土離子為鉺鐿互摻離子，第七摻稀土離子環(huán)芯47的摻稀土離子為鐠離子，第八摻稀土離子環(huán)芯48的摻稀土離子為釤離子，第九摻稀土離子環(huán)芯49的摻稀土離子為釹離子，第十摻稀土離子環(huán)芯410的摻稀土離子為鐿離子， 第一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第四摻稀土離子環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45、第六摻稀土離子環(huán)芯46、第七摻稀土離子環(huán)芯47、第八摻稀土離子環(huán)芯48，第九摻稀土離子環(huán)芯49、第十摻稀土離子環(huán)芯410，第十摻稀土離子環(huán)芯410的折射率相等， 第一硅環(huán)芯21、第二硅環(huán)芯22、硅芯區(qū)1的折射率相等，硅芯區(qū)1的折射率低于第
一摻稀土離子環(huán)芯41、第二摻稀土離子環(huán)芯42、第三摻稀土離子環(huán)芯43、第四摻稀土離子
環(huán)芯44、第五摻稀土離子環(huán)芯45、第六摻稀土離子環(huán)芯46、第七摻稀土離子環(huán)芯47、第八摻
稀土離子環(huán)芯48，第九摻稀土離子環(huán)芯49、第十摻稀土離子環(huán)芯410，第十摻稀土離子環(huán)芯
410的折射率；外包層3的折射率低于硅芯區(qū)1的折射率。 硅芯區(qū)1形狀為橢圓形，十個(gè)摻稀土離子環(huán)芯形狀均為圓環(huán)形。 上述十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖的制作方法，包括以下步驟 步驟一，制作無(wú)包層的摻鐿離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻鉺離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的釹鐿互摻離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻鈥離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻釷離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的鉺鐿互摻離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻鐠離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻釤離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻釹離子光纖預(yù)制棒、無(wú)包層的摻鐿離子光纖預(yù)制棒各一根，依次分別拉制成直徑為10mm， llmm， 12mm， 13mm， 14mm， 15mm， 19mm， 20mm， 22mm， 25mm的細(xì)棒。
步驟二， 用激光切割的方法，將直徑為10mm的摻鐿離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為8mm，夕卜圓直徑為10mm的圓環(huán)形細(xì)棒；
用機(jī)械切割的辦法，將摻鉺離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為10mm，外圓直徑為llmm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用機(jī)械切割的辦法，將釹鐿互摻離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為1 lmm，外圓直徑為12mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將摻鈥離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為12mm，外圓直徑為13mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將摻釷離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為13mm，外圓直徑為14mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將鉺鐿互摻離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為14mm，外圓直徑為15mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將摻鐠離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為18mm，外圓直徑為19mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將摻釤離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為19mm，外圓直徑為20mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將摻釹離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為20mm，外圓直徑為22mm的圓環(huán)形細(xì)棒； 用激光切割的方法，將直徑為25mm的摻鐿離子光纖細(xì)棒中心去掉，變?yōu)閮?nèi)圓直徑為22mm，外圓直徑為25mm的圓環(huán)形細(xì)棒。 步驟三，將內(nèi)圓直徑為8mm，外圓直徑為10mm的摻鐿離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻鉺離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻鉺離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上釹鐿互摻離子圓環(huán)形細(xì)棒；將釹鐿互摻離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻鈥離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻鈥離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻釷離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻釷離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上鉺鐿互摻離子圓環(huán)形細(xì)棒；將鉺鐿互摻離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻鐠離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻鐠離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻釤離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻釤離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上摻釹離子圓環(huán)形細(xì)棒；將摻釹離子圓環(huán)形細(xì)棒外部外部套上內(nèi)圓直徑為22mm，外圓直徑為25mm的摻鐿離子圓環(huán)形細(xì)棒；將內(nèi)圓直徑為22mm，外圓直徑為25mm的摻鐿離子圓環(huán)形細(xì)棒；外部套上內(nèi)徑為30mm的石英管，空隙處用折射率比十根摻稀土離子圓環(huán)形細(xì)棒低但比石英管折射率高的細(xì)石英棒填充，拉制成直徑為lOOOiim的十層摻稀土離子圓環(huán)芯光纖。
權(quán)利要求
多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為該光纖中心為硅芯區(qū)(1)、硅芯區(qū)(1)外，由內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)，2≤N≤10，第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)的外邊分布外包層(3)；第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)、...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)的折射率相等；硅芯區(qū)(1)的折射率低于第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)、...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)的折射率；外包層(3)的折射率低于硅芯區(qū)(1)的折射率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)、外包層(3)之間由內(nèi)到外分布為第一硅環(huán)芯(21)、第二硅環(huán)芯(22)...第K硅環(huán)芯(2K) ， 0《K《N ;第一硅環(huán)芯(21)...第K硅環(huán)芯(2K)的折射率與硅芯區(qū)(1)的折射率相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為純硅芯區(qū)(1)形狀為圓形、長(zhǎng)方形、橢圓形形狀；
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)形狀為圓環(huán)形、長(zhǎng)方環(huán)形、橢圓環(huán)形；
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，其特征為第一摻稀土離子環(huán)芯(41)、第二摻稀土離子環(huán)芯(42)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)的摻稀土離子類型相同或不相同。
7. 權(quán)利要求1所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖的制作方法，其特征為該制作方法包括以下步驟步驟一，制作無(wú)包層摻稀土離子光纖預(yù)制棒N根，將這N根摻稀土離子光纖的預(yù)制棒，拉制成直徑從小到大的N根細(xì)棒，2《N《10 ;步驟二，對(duì)完成步驟一的直徑從小到大的N根細(xì)棒進(jìn)行處理，得到尺寸從小到大的N環(huán)形細(xì)棒，其中尺寸小的環(huán)形細(xì)棒外部能套上尺寸大的環(huán)形細(xì)棒；步驟三，將完成步驟二的N根環(huán)形細(xì)棒組織起來(lái)，即尺寸小的環(huán)形細(xì)棒外部套上尺寸大的環(huán)形細(xì)棒；在尺寸最大的環(huán)形細(xì)棒外部套上石英管，內(nèi)部空隙處用折射率比N根摻稀土離子環(huán)形細(xì)棒折射率低但比石英管折射率高的細(xì)石英棒填充，拉制成多層摻稀土離子環(huán)芯光纖。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層摻稀土離子環(huán)芯光纖的制作方法，其特征為N根摻稀土離子光纖的預(yù)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
一種多層摻稀土離子環(huán)芯光纖，該光纖中心為硅芯區(qū)(1)、硅芯區(qū)(1)外，由內(nèi)到外分布第一摻稀土離子環(huán)芯(41)...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)，2≤N≤10，第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)的外邊分布外包層(3)；第一摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯(4N)、外包層(3)之間由內(nèi)到外分布為第一硅環(huán)芯(21)...第K硅環(huán)芯(2K)，0≤K≤N；第一摻稀土離子環(huán)芯...第N摻稀土離子環(huán)芯的折射率相等，第一硅環(huán)芯...第K硅環(huán)芯、硅芯區(qū)的折射率相等，硅芯區(qū)低于N個(gè)摻稀土離子環(huán)芯的折射率；外包層的折射率低于硅芯區(qū)的折射率。該光纖能放大多波段的信號(hào)光放大或自組織相干合束，具有高泵浦效率，高抗熱能力，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/036GK101710194SQ20091024334
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者周倩, 寧提綱, 張帆, 李晶, 王春燦, 胡旭東, 裴麗, 路玉春 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)