專利名稱：摻稀土光子晶體光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖激光器和放大器用摻稀土光子晶體光纖，特別涉及該光纖的結(jié)構(gòu)和制造方法。
背景技術(shù)：
光纖激光器是近幾年激光領(lǐng)域人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一，特別是應(yīng)用到光纖通信窗口的1.55μm波長(zhǎng)的光纖激光器以及應(yīng)用于軍方和工業(yè)加工的高功率光纖激光器的發(fā)展更為迅猛。常規(guī)激光器的調(diào)Q、鎖模等技術(shù)也都引入到了光纖激光器中，這不僅拓寬了光纖激光器的研究領(lǐng)域，而且也推動(dòng)了激光技術(shù)的發(fā)展。在同樣的輸出功率下，光纖激光器的光束質(zhì)量、光傳遞特性、可靠性和體積大小等都占有優(yōu)勢(shì)，此外由于光纖成本的降低和易于實(shí)現(xiàn)流水化及大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，這不僅引起科學(xué)家們的興趣，而且更吸引產(chǎn)業(yè)界專家們的極大關(guān)注。光纖激光器最初在上世紀(jì)60年代提出，但一直進(jìn)展緩慢，直至低損耗光纖制造技術(shù)和半導(dǎo)體激光器的發(fā)展與應(yīng)用，方為光纖激光器帶來(lái)了新的前景。
光纖激光器以摻雜光纖作為激光介質(zhì)，與塊狀激光介質(zhì)相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)介質(zhì)細(xì)長(zhǎng)易于散熱；在LD泵浦固體激光器中，由于熱量集中于一個(gè)小體積內(nèi)，而散熱表面又比較小，屬于本質(zhì)性困難。采用光纖作激光介質(zhì)，其表面積比相同體積的塊狀介質(zhì)要大一千倍左右，從而大大緩解了散熱問(wèn)題；激光橫模由光纖纖芯直徑和數(shù)值孔徑比NA決定，不會(huì)因介質(zhì)的熱形變而發(fā)生變化，因而易于達(dá)到單橫模，一般光束質(zhì)量因子M2≤1.3，有的已可達(dá)到1.05；利用比纖芯截面積大至少一個(gè)量級(jí)的內(nèi)包層實(shí)行光泵，泵浦光進(jìn)入內(nèi)包層即可，而不是直接泵浦到單模的纖芯，因而易于達(dá)到高效率和高功率。
早期的光纖激光器中，工作物質(zhì)為單模單包層光纖，泵浦光直接耦合入纖芯中，而光纖的芯徑只有4～10μm，這就要求泵浦光為單模，而單模的半導(dǎo)體激光器輸出功率只有幾百毫瓦，而且受泵浦面積的限制，大功率泵浦光無(wú)法耦合，從而嚴(yán)重影響了光纖激光器的輸出功率。所以光纖激光器一直被認(rèn)為是小功率光電子器件。80年代末，劍橋?qū)汒悂?lái)公司和英國(guó)南安普頓大學(xué)的研究人員發(fā)展了包層泵浦光纖激光器，設(shè)計(jì)了雙包層光纖。這種雙包層光纖在纖芯外有兩個(gè)包層，內(nèi)包層起著使激光約束在單模纖芯內(nèi)和成為泵浦光的多模導(dǎo)管作用，外包層將泵浦光限制在內(nèi)包層之內(nèi)。內(nèi)包層的直徑一般為幾百微米，這種情況下，泵浦光無(wú)需單模，可用高功率多模半導(dǎo)體激光器做泵浦源，一部分光耦合到纖芯中，而大部分光耦合到內(nèi)包層中，內(nèi)包層中的光受外包層限制，在內(nèi)包層之間來(lái)回反射，不斷的穿過(guò)纖芯，不斷的被吸收，所以泵浦光在光纖的一端耦合進(jìn)入光纖，在光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上被泵浦，大大提高了泵浦功率。雙包層光纖提高了泵浦功率，但卻降低了泵浦效率，這是因?yàn)楸闷止馊肷湮恢煤徒嵌炔煌?，進(jìn)入光纖后，光的運(yùn)動(dòng)形式可分為子午光線和偏射光線。偏射光線與纖芯不相交，這種光線的吸收率很低，因此影響了泵浦效率。通過(guò)對(duì)內(nèi)包層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以改善雙包層光纖的泵浦效率。
近年來(lái)，對(duì)以雙包層光纖為基礎(chǔ)的包層泵浦技術(shù)的研發(fā)，使光纖激光器的輸出功率提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)，從而突破了其輸出功率低的應(yīng)用瓶頸，在工業(yè)及通信等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。雙包層光纖激光器無(wú)論在體積、散熱、效率，還是在光束質(zhì)量等方面，均比同等功率的激光二極管泵浦的全固態(tài)激光器有明顯優(yōu)勢(shì)，這種新型的光纖激光器除了在光通訊、激光加工及大屏幕激光顯示領(lǐng)域應(yīng)用，還在軍事、國(guó)防和能源等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，可望替代現(xiàn)有的體積龐大的氣體或固體激光系統(tǒng)。比如可以作為軍用多功能激光器，在激光測(cè)距、激光目標(biāo)指示器、激光制導(dǎo)、光電對(duì)抗、激光有源干擾、激光雷達(dá)中獲得應(yīng)用。
光子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)是由晶格常數(shù)為光波長(zhǎng)量級(jí)的二維光子晶體構(gòu)成的，即規(guī)則排列著空氣孔的二氧化硅光纖陣列構(gòu)成光纖的包層，光纖的核心是由一個(gè)破壞了包層結(jié)構(gòu)周期性的缺陷構(gòu)成。這個(gè)缺陷可以是固體二氧化硅，也可以是空氣孔。這種結(jié)構(gòu)沿光纖軸向保持不變。對(duì)于核心為空氣孔的情況，通過(guò)作為包層的二維光子晶體的布拉格衍射，一定波長(zhǎng)的光不允許在包層中橫向傳導(dǎo)，被陷獲在作為核心的空氣孔中。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，導(dǎo)光的機(jī)制與傳統(tǒng)光纖中的全內(nèi)反射導(dǎo)光的原理不同，通過(guò)光子帶隙(PB6)效應(yīng)進(jìn)行傳導(dǎo)。對(duì)于核心為固體硅的情況，包層的有效折射率是硅和空氣的體平均，它小于核心硅的折射率，包層不存在光子帶隙，所以這種光纖的導(dǎo)光機(jī)制是全內(nèi)反射。這種光子晶體光纖在很寬的頻率范圍內(nèi)支持單模運(yùn)行，允許纖芯面積大于傳統(tǒng)光纖纖芯面積10倍以上。這種光纖包層的折射率是硅和空氣的平均折射率，因而空氣孔排列的周期性并不起作用，但可以通過(guò)改變空氣孔的填充物改變光纖的性能。
光子晶體光纖與傳統(tǒng)光纖相比有許多特性，有效地?cái)U(kuò)展和增加了光纖的應(yīng)用領(lǐng)域。首先，光子晶體光纖具有極低的損耗、色散和非線性?？朔藗鹘y(tǒng)單模光纖的本征吸收和瑞利散射，避免了模式色散和材料色散，大大降低了非線性。其次光子晶體光纖的截止波長(zhǎng)很短，可在近紫外到近紅外全波段維持單模運(yùn)轉(zhuǎn)。使單模工作波段向短波方向擴(kuò)展了600～700nm，這為波分復(fù)用增加信道數(shù)提供了充足的資源。此外利用光子晶體光纖包層的特殊結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增大氣孔直徑，可使零色散點(diǎn)向短波方向位移，使其在850nm的傳輸損耗降至0.08±0.04dB/km，可實(shí)現(xiàn)800nm附近的光孤子傳輸。光子晶體光纖的大模面積、全波段單模運(yùn)轉(zhuǎn)和可見(jiàn)/近紅外的反常群速度色散等特殊屬性，使得它可以成為1300nm波長(zhǎng)以下優(yōu)異的光纖激光器有源介質(zhì)，其工作波段和可能達(dá)到的高功率水平是普通有源單模光纖不可比擬的。而高雙折射光子晶體光纖是利用光子晶體光纖的傳輸原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造的一種保偏光纖，在未來(lái)有著廣泛的應(yīng)用前景。
光子晶體光纖的可控的周期性折射率變化使它在無(wú)源和有源器件中有著廣泛的應(yīng)用前景。特別是其模場(chǎng)面積的可大可小被開發(fā)為新的光纖激光器和光纖放大器。目前已開發(fā)的摻鐿光子晶體光纖為光子晶體光纖激光器的實(shí)際應(yīng)用邁出了重要一步。R.F.Cregan等人第一次報(bào)道了摻鉺光子晶體光纖。S.Selleri等人用基于有限元法的全向量法分析了摻鉺光子晶體光纖的場(chǎng)強(qiáng)度分布。他們所報(bào)道的摻鉺光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)為蜂窩狀，中心引入一個(gè)孔作為缺陷，這個(gè)孔的尺寸與包層孔不一樣。d/A足夠小使光纖在泵浦光和信號(hào)光波長(zhǎng)都為單模傳輸。鉺離子摻雜在中心孔周圍的圓環(huán)，在該圓環(huán)處信號(hào)和泵浦光強(qiáng)度分布較高。
在常規(guī)雙包層摻稀土光纖的制備工藝中，最有效的方法是采用低折射率的涂料來(lái)達(dá)到增大內(nèi)包層的數(shù)值孔徑的目的，但采用低折射率的涂料將對(duì)光纖的機(jī)械性能造成不良影響使強(qiáng)度降低，而且低折射率涂料的采用也會(huì)大大增加工藝難度和成本，此外低折射率涂料對(duì)內(nèi)包層數(shù)值孔徑的貢獻(xiàn)程度由于材料本身而有限，會(huì)使光纖的強(qiáng)度下降。
因此，需要一種兼容光子晶體光纖和雙包層摻稀土光纖優(yōu)點(diǎn)為一體的新型光纖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)研究光子晶體光纖和雙包層摻稀土光纖的結(jié)構(gòu)與性能，設(shè)計(jì)出集光子晶體光纖和雙包層摻稀土光纖的優(yōu)點(diǎn)于一體的摻稀土光子晶體光纖，將本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖應(yīng)用于光纖激光器和放大器，可以提高激光器和放大器的增益和泵浦效率。
本發(fā)明目的是提供摻稀土光子晶體光纖。
本發(fā)明的基本原理為在雙包層摻稀土光纖中泵浦光在內(nèi)包層中多模傳輸，而內(nèi)包層有較大的橫向尺寸和數(shù)值孔徑，因而可以選擇大功率的多模激光二極管陣列作泵浦源，這樣就大大提高了耦合效率和入纖泵浦功率。同時(shí)，由于光纖中的泵浦光功率較大，因此可以提高光纖激光器的輸出功率。另外，泵浦光的吸收效率與內(nèi)包層的形狀有關(guān)。內(nèi)包層中的光受外包層限制，在內(nèi)包層之間來(lái)回反射，不斷的穿過(guò)纖芯，不斷的被吸收，所以泵浦光在光纖的一端耦合進(jìn)入光纖，在光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上被泵浦，大大提高了泵浦功率。而由于泵浦光入射位置和角度不同，進(jìn)入光纖后，光的運(yùn)動(dòng)形式可分為子午光線和偏射光線。偏射光線與纖芯不相交，這種光線的吸收率很低，因此影響了泵浦效率。因此通過(guò)改變內(nèi)包層的形狀，使內(nèi)包層具有橢圓、矩形、多邊形、D形、梅花型以及其它幾何形狀，改變偏射光纖的方向，使之通過(guò)纖芯，從而提高泵浦效率。本發(fā)明的光纖用有孔的第二包層(3)代替一般雙包層摻稀土光纖的外包層，而由于改變第二包層(3)的孔的分布形狀、孔的形狀、大小、數(shù)量，降低其等效折射率使第一包層(2)具有更大的數(shù)值孔徑使泵浦光更易注入第一包層(2)中。
另外，雙包層光纖的纖芯的大小與輸出功率有很大關(guān)系。纖芯越大可傳輸?shù)墓β示驮酱螅w芯越小傳輸?shù)墓β蔬^(guò)大會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)，影響光纖輸出功率，甚至?xí)?duì)光纖造成損傷。因此在雙包層光纖中在保證輸出光束質(zhì)量的前提下盡量增大光纖的纖芯。但在一般的雙包層摻稀土光纖中，纖芯的增大會(huì)影響光束質(zhì)量，造成光纖激光器和放大器的多模輸出，因此纖芯的增大程度是有限的。而光子晶體光纖的一個(gè)主要的特點(diǎn)是無(wú)休止的單模特性，本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)使光纖具有較大的纖芯同時(shí)保證單模輸出。
本發(fā)明的一種摻稀土光子晶體光纖，包括纖芯部分，由摻雜稀土元素的石英材料形成；第一包層，圍繞在纖芯部分外圍，由石英材料形成，第一包層的數(shù)值孔徑在0.2至1之間；第二包層，圍繞在第一包層外圍，由石英材料形成，呈現(xiàn)橢圓形或矩形或正多邊形或D字型或梅花型，在第二包層內(nèi)有大量規(guī)則排列的孔，由于第一包層處于纖芯部分與第二包層之間，使得第一包層的外輪廓具有與第二包層相同的形狀，該第二包層增強(qiáng)了光纖的強(qiáng)度并降低生產(chǎn)成本；保護(hù)層，由有機(jī)聚合物材料形成，包覆在第二包層之外，保護(hù)層的外緣為圓形，內(nèi)緣形狀與第二包層相同。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分材料中摻雜稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同時(shí)還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分材料中摻雜稀土元素是鐿，同時(shí)還摻雜鋁。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分的摻雜濃度為6000ppm，纖芯部分中間具有直徑為1微米的中心孔，該纖芯部分與第一包層之間有環(huán)形排列的一層孔，孔排列形成正六邊形、孔直徑為1.5微米、孔間距為6微米，第二包層中孔的直徑為2微米、孔間距為5微米、呈現(xiàn)六邊形排列，第一包層中具有直徑為1.5微米、間距為8微米的孔，所述孔的排列形狀與第二包層中孔的排列形狀相同，第一包層數(shù)值孔徑為0.4。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分的摻雜濃度為8000ppm，纖芯部分中間具有直徑為1微米的中心孔，該纖芯部分與第一包層之間有環(huán)形排列的一層孔，孔排列形成正六邊形、孔直徑為1.5微米、孔間距為6微米，第二包層中孔的直徑為2微米、孔間距為5微米、呈現(xiàn)矩形排列，第一包層中具有直徑為1.5微米、間距為8微米的孔，所述孔的排列形狀與第二包層中孔的排列形狀相同，第一包層數(shù)值孔徑為0.6。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于第一包層和第二包層的材料中除了石英外還包含摻雜劑。
本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于所述光纖的所有孔可以是空氣孔，也可以填充其它材料，孔的形狀可以為圓形，也可以為矩形或多邊形或D型。
本發(fā)明摻稀土光子晶體光纖的制造方法，包括步驟將石英反應(yīng)管安置在改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法或等離子體化學(xué)氣相沉積法車床上，將四氯化硅、含稀土元素化合物和其它共摻雜劑采用蒸發(fā)器蒸發(fā)后與氧氣一起均勻混合，通入到石英反應(yīng)管內(nèi)沉積形成摻稀土的芯層；在縮棒設(shè)備上將沉積管熔縮為實(shí)心預(yù)制棒；將預(yù)制棒拉制成規(guī)格的芯棒；將高純石英玻璃管拉制成規(guī)格的石英毛細(xì)管；將不同規(guī)格的石英毛細(xì)管及芯棒按照所需要的光纖結(jié)構(gòu)組合排列，在光纖包層中需要形成孔的相應(yīng)位置使用石英毛細(xì)管，通過(guò)使用不同直徑和壁厚度的適應(yīng)毛細(xì)管可以在光纖包層中形成不同分布密度和直徑的孔，在光纖包層中不需要形成孔的相應(yīng)位置，使用實(shí)心石英細(xì)棒，在光纖纖芯部分的相應(yīng)位置使用摻雜稀土的芯棒；將按照所需要位置排列組合成型的芯棒、石英毛細(xì)管、石英細(xì)棒的集束固定在石英套管內(nèi)；將包含芯棒、石英毛細(xì)管、石英細(xì)棒的集束的石英套管安置在拉絲設(shè)備上進(jìn)行拉絲，調(diào)整拉絲溫度，使得熔融玻璃體的粘度在106泊范圍內(nèi)，既保證玻璃軟化提供一定的粘度利于變形并拉成纖維，又保證熔融玻璃的粘度不能過(guò)低，以免熔融玻璃體內(nèi)部的微孔在表面張力作用下崩塌變形甚至閉合，經(jīng)過(guò)拉絲步驟拉制成預(yù)定外徑的摻稀土光子晶體光纖；拉絲形成的光纖具有與第二包層外緣形狀相同的外輪廓，需要在該第二包層外再覆蓋保護(hù)層，使得光纖最終具有圓形外輪廓。
在本發(fā)明的摻稀土光子晶體光纖的方法中，在所述沉積摻稀土芯層的步驟中，所使用的含稀土化合物為稀土氯化物、所使用的其它共摻雜劑為三氯化鋁等。
本發(fā)明的有益效果在于第一，提供應(yīng)用于光纖激光器和放大器用的光子晶體雙包層摻稀土光纖。第二，光子晶體雙包層摻稀土光纖的第二包層具有大量的周期性排列，排列形狀為橢圓、矩形、多邊形、D形以及其它幾何形狀，第一包層具有較大的數(shù)值孔徑使泵浦光的注入更加容易，從而提高了光纖激光器和放大器的泵浦效率和增益。第三，本發(fā)明的光纖可以具有大尺寸的纖芯同時(shí)保持單模輸出，為高功率輸出提供了有利條件。第四，由于本發(fā)明采用了具有大量氣孔的第二包層代替現(xiàn)有技術(shù)摻稀土光纖的涂層，既可以增加光纖的強(qiáng)度，又可以降低大量使用涂層材料所增加的成本。


圖1為本發(fā)明雙包層摻稀土光子晶體光纖第一實(shí)施例的光纖截面示意圖；圖2為本發(fā)明雙包層摻稀土光子晶體光纖第二實(shí)施例的光纖截面示意圖；圖3為本發(fā)明雙包層摻稀土光子晶體光纖第三實(shí)施例的光纖截面示意圖；圖4為本發(fā)明雙包層摻稀土光子晶體光纖第四實(shí)施例的光纖截面示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，下面將在附圖的基礎(chǔ)之上描述本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明圖1為本發(fā)明光纖的第一個(gè)實(shí)施例，這是第二包層內(nèi)孔排列為六邊形的雙包層摻鐿光子晶體光纖，這種摻鐿光子晶體光纖是在纖芯部分(1)上覆蓋第一包層(2)，在第一包層(2)上覆蓋第二包層(3)，在第二包層(3)上覆蓋保護(hù)層(4)制成的。纖芯(1)中心有孔(5)，其直徑為1微米，在纖芯(1)和第一包層(2)之間有孔(6)，孔的排列形狀為六邊形，孔直徑為1.5微米，孔間距為6微米；第一包層(2)有孔(7)，孔直徑為1.5微米，排列形狀也為六邊形，孔間距為8微米。第二包層(3)有孔(8)，孔直徑為2微米，孔間距為5微米，排列形狀也為六邊形。纖芯直徑為30微米，內(nèi)包層數(shù)值孔徑為0.4。
圖1中的摻鐿光子晶體光纖纖芯部分的摻雜濃度為6000ppm，纖芯除了摻雜有鐿離子外還摻雜了鋁離子，從而使摻鐿光纖的性能得到改善。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇在纖芯部分中摻雜其它稀土元素，例如鉺或銩或鑭，還可以摻雜磷或氟化物。在纖芯和第一包層之間有孔，是為了增加纖芯的模場(chǎng)直徑，該孔是否設(shè)置應(yīng)考慮實(shí)際應(yīng)用的需要。當(dāng)不需要太大的模場(chǎng)直徑的應(yīng)用場(chǎng)合，也可以去除纖芯與第一包層之間的孔。而纖芯的孔則有利于降低纖芯的數(shù)值孔徑，使信號(hào)光或激光獲得單模輸出，在一些應(yīng)用場(chǎng)合也可以使用實(shí)心的纖芯部分。第一包層的孔一方面是為增大泵浦光的輸入模場(chǎng)，另一方面也可以使泵浦光更容易耦合進(jìn)纖芯中，增加泵浦效率。第二包層的孔的主要作用是降低孔的等效折射率，使第一包層具有更大的數(shù)值孔徑，有利于泵浦光的注入。
圖2為本發(fā)明光纖的第二個(gè)實(shí)施例，這種摻鐿光子晶體光纖是通過(guò)在纖芯部分(1)上覆蓋第一包層(2)，在第一包層(2)上覆蓋第二包層(3)，在第二包層(3)上覆蓋保護(hù)層(4)制成的。纖芯部分與圖1所示的第一實(shí)施例相同。在第二實(shí)施例中，第二包層(3)分布有均勻排列的孔(8)，孔的排列形狀為六邊形，孔的直徑為2微米，孔間距為5微米。纖芯直徑為60微米，第一包層直徑為500微米，第二包層直徑為700微米，保護(hù)層直徑為800微米。纖芯數(shù)值孔徑為0.12，第一包層數(shù)值孔徑為0.6。這種摻鐿光子晶體光纖的泵浦光波長(zhǎng)為915nm圖2中的摻鐿光纖的摻雜濃度為8000ppm，纖芯除了摻雜有鐿離子外還摻雜了鋁離子。第一包層沒(méi)有孔，而第二包層有大量的孔，這是為了有效降低第二包層的等效折射率，使第一包層具有更大的折射率，有利于泵浦光的注入。
圖3為本發(fā)明光纖的第三實(shí)施例，其結(jié)構(gòu)與圖2所示的第二實(shí)施例類似，其中光纖的纖芯部分結(jié)構(gòu)、摻雜材料和濃度、數(shù)值孔徑均與第二實(shí)施例相同。第三實(shí)施例與第二實(shí)施例之間的區(qū)別僅僅在于第二包層形狀為矩形，并且第二包層中氣孔的排列也呈現(xiàn)矩形氣孔環(huán)帶，第二包層中氣孔直徑與間距也參照第一、二實(shí)施例。
圖4為本發(fā)明光纖的第四實(shí)施例，與第一實(shí)施例類似，第四實(shí)施例中纖芯部分結(jié)構(gòu)與圖1所示纖芯部分相同，并且摻雜材料、摻雜濃度、數(shù)值孔徑與第一實(shí)施例相同。兩實(shí)施例的區(qū)別僅僅在于第四實(shí)施例中光纖的第二包層形狀為矩形，并且第二包層中氣孔的排列也呈現(xiàn)矩形氣孔環(huán)帶，而且第一包層的外輪廓也為矩形，第一包層中氣孔也排列成矩形環(huán)帶。在第四實(shí)施例中，第一、第二包層中氣孔的直徑與間距也參照第一實(shí)施例。
下面將解釋本發(fā)明摻稀土光子晶體光纖的制作方法。在上述四個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明摻稀土光子晶體光纖的孔中可以是真空，也可以摻入空氣或其它低折射率材料。纖芯部分摻雜可以是元素序號(hào)在51至57之間的稀土元素，優(yōu)選為鉺，鐿，銩，鑭等，可以是一種或多種稀土元素，纖芯部分除了摻雜鋁外，也可以選擇摻雜磷或氟化物，纖芯的稀土離子的摻雜濃度可以為2000～12000ppm或者更大，孔的大小和間距也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。光纖中的孔可以為圓形，也可以設(shè)計(jì)為矩形或多邊形或D字型?？椎呐帕行问匠烁綀D中所示的六邊形和矩形外，也可以根據(jù)實(shí)際需要選擇例如D字型、梅花型、其它多邊形等。本發(fā)明的摻雜光子晶體光纖的制造方法如下首先將石英反應(yīng)管駕在MCVD或PCVD沉積車床上，將四氯化硅、Yb2O3或其它鐿的化合物以及共摻雜劑AlCl3采用蒸發(fā)器蒸發(fā)后與氧氣一起混合均勻，最后通入到石英玻璃管內(nèi)沉積形成摻稀土的芯層；沉積完成后，在縮棒設(shè)備上將沉積管熔縮為實(shí)心預(yù)制棒，隨后將預(yù)制棒拉制成規(guī)格的細(xì)棒；再將高純石英玻璃管拉制成規(guī)格的毛細(xì)管；將不同規(guī)格的石英毛細(xì)管及芯棒按照?qǐng)D1至圖4的方式組合，聚束成圖1至圖4所示的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，再用純石英玻璃套管束縛成一體；在拉絲設(shè)備上進(jìn)行拉絲，調(diào)整拉絲溫度，光纖預(yù)制棒熔融玻璃體的粘度在106泊范圍內(nèi)，既保證玻璃軟化提供一定的粘度以便預(yù)制棒能夠變形并拉成纖維；又要求熔融玻璃的粘度不能過(guò)低，以免光纖預(yù)制棒內(nèi)部的微孔在表面張力作用下崩塌變形乃至閉合，經(jīng)過(guò)合適的拉絲工藝?yán)瞥深A(yù)定外徑的微結(jié)構(gòu)光纖。由于拉絲成型的光纖具有與第二包層外緣相同形狀的外輪廓，還需要在第二包層外再覆蓋保護(hù)層，使得光纖最終具有圓形的外輪廓。
以上附圖和實(shí)施例僅為說(shuō)明性描述，不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍形成限制。
權(quán)利要求
1.一種摻稀土光子晶體光纖，包括纖芯部分，由摻雜稀土元素的石英材料形成；第一包層，圍繞在纖芯部分外圍，由石英材料形成，第一包層的數(shù)值孔徑在0.2至1之間；第二包層，圍繞在第一包層外圍，由石英材料形成，呈現(xiàn)橢圓形或矩形或正多邊形或D字型或梅花型，在第二包層內(nèi)有大量規(guī)則排列的孔，由于第一包層處于纖芯部分與第二包層之間，使得第一包層的外輪廓具有與第二包層相同的形狀，該第二包層增強(qiáng)了光纖的強(qiáng)度并降低生產(chǎn)成本；保護(hù)層，由有機(jī)聚合物材料形成，包覆在第二包層之外，保護(hù)層的外緣為圓形，內(nèi)緣形狀與第二包層相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分材料中摻雜稀土元素鉺、鐿、銩、鑭的至少一種，同時(shí)還摻雜鋁、磷、氟化物的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分材料中摻雜稀土元素是鐿，同時(shí)還摻雜鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分的摻雜濃度為6000ppm，纖芯部分中間具有直徑為1微米的中心孔，該纖芯部分與第一包層之間有環(huán)形排列的一層孔，孔排列形成正六邊形、孔直徑為1.5微米、孔間距為6微米，第二包層中孔的直徑為2微米、孔間距為5微米、呈現(xiàn)六邊形排列，第一包層中具有直徑為1.5微米、間距為8微米的孔，所述孔的排列形狀與第二包層中孔的排列形狀相同，第一包層數(shù)值孔徑為0.4。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于纖芯部分的摻雜濃度為8000ppm，纖芯部分中間具有直徑為1微米的中心孔，該纖芯部分與第一包層之間有環(huán)形排列的一層孔，孔排列形成正六邊形、孔直徑為1.5微米、孔間距為6微米，第二包層中孔的直徑為2微米、孔間距為5微米、呈現(xiàn)矩形排列，第一包層中具有直徑為1.5微米、間距為8微米的孔，所述孔的排列形狀與第二包層中孔的排列形狀相同，第一包層數(shù)值孔徑為0.6。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于第一包層和第二包層的材料中除了石英外還包含摻雜劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至5之一的摻稀土光子晶體光纖，其特征在于所述光纖的所有孔可以是空氣孔，也可以填充其它材料，孔的形狀可以為圓形，也可以為矩形或多邊形或D型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光纖激光器和放大器的摻稀土光子晶體光纖，該光纖通過(guò)在纖芯(1)上覆蓋第一包層(2)，在第一包層(2)上覆蓋第二包層(3)，在第二包層(3)上覆蓋保護(hù)層(4)而形成，纖芯(1)中心可以有孔(5)，在纖芯(1)和第一包層(2)之間可以有孔(6)，第一包層可以有孔(7)，第二包層有孔(8)，纖芯中摻雜有稀土離子，與傳統(tǒng)摻稀土光纖相比，由于用帶孔的第二包層代替常規(guī)雙包層摻稀土光纖的涂料外包層，使第一包層具有更大的數(shù)值孔徑，從而使泵浦光更易注入第一包層中，因此可增大光纖激光器和放大器的輸出功率，這樣既改善了光纖的各種性能又降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號(hào)G02B6/134GK1564035SQ200410031118
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月12日
發(fā)明者李進(jìn)延, 李海清, 陳偉, 蔣作文, 李詩(shī)愈, 劉革勝, 劉學(xué)軍 申請(qǐng)人:烽火通信科技股份有限公司