稀土掺杂光纤及其制备方法、光纤激光器、光纤放大器与流程

本发明属于光纤，更具体地，涉及一种稀土掺杂光纤及其制备方法、光纤激光器、光纤放大器。

背景技术：

1、随着全球技术的发展和互联网流量的增长，对数据通信容量的要求也越来越高。然而，由于光纤的非线性效应，传统单模光纤的传输容量已接近"香农极限"。因此，如何克服通信系统的容量限制越来越受到人们的关注。近年来，空分复用技术作为未来实现通信容量扩展的有效途径被提出，尤其是基于多芯光纤(multicore fiber，mcf)和少模光纤(few-mode fiber，fmf)的两种空分复用技术。mcf有多个纤芯，嵌入在一个共同的包层中，而fmf只有一个纤芯，可支持多种模式传输。因此，与传统的单芯单模光纤相比，mcf和fmf的传输容量可提高数倍或数十倍。

2、目前，人们对空分复用无源光纤和器件进行了广泛的研究。而空分复用有源方面的发展还不是特别成熟。在长距离通信系统中，需要依靠光纤放大器来补偿传输过程中的信号损耗。多芯掺杂光纤放大器，特别是多芯掺铒光纤放大器是实现长距离空分复用系统传输的关键设备，而对于多芯掺杂光纤放大器，其中最重要的是多芯掺杂光纤。以多芯掺铒光纤放大器为例，多芯掺铒光纤放大器的泵浦方式一般有两种，一种是纤芯泵浦，另外一种是包层泵浦。包层泵浦放大器往往采用双包层增益光纤，通过端面注入或侧面注入的方式将泵浦光耦合到光纤内包层中，泵浦光源采用的是低成本、无需冷却系统的多模泵浦源。然而，包层泵浦目前也存在一定的问题，例如，泵浦效率较低、芯间增益差较大等。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种稀土掺杂光纤及其制备方法、光纤激光器、光纤放大器，解决现有技术中用于包层泵浦的多芯掺杂光纤的泵浦效率较低的问题。

2、第一方面，本发明提供一种稀土掺杂光纤，包括：多个掺有稀土离子的纤芯、内包层和外包层；所述内包层的横截面的外轮廓为正多边形，所述内包层的中心与所述稀土掺杂光纤的横截面的几何中心重合；所述外包层的横截面的外轮廓为圆形。

3、优选的，所述纤芯的相对折射率差δ1在0.3％至1.5％的范围内，所述内包层的相对折射率差δ2为0，所述外包层的相对折射率差δ3在-0.2％至-0.1％的范围内。

4、优选的，相邻两个所述纤芯对应的芯间距为30μm至50μm。

5、优选的，所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝和氧化锗；所述稀土离子的含量占比在0.1％至3％的范围内，所述氧化铝的含量占比在0.8％至6％的范围内，所述氧化锗的含量占比在0.3％至1.5％的范围内。

6、优选的，所述纤芯与所述内包层的截面面积之比在1:1040至4:1040的范围内。

7、优选的，所述纤芯的直径为3至6μm，所述内包层的外接圆直径为110±5μm，所述外包层的外轮廓直径为125±5μm。

8、优选的，所述内包层由纯石英材质构成，所述外包层由掺氟石英材质构成。

9、优选的，所述的稀土掺杂光纤还包括：涂覆层；所述涂覆层的相对折射率差在-5.0％至-3.0％的范围内，所述涂覆层的直径为250±5μm。

10、优选的，所述纤芯的数量为四个，四个所述纤芯呈正方形排布；所述内包层的横截面的外轮廓为边数取4至8的正多边形。

11、第二方面，本发明提供上述稀土掺杂光纤的制备方法，包括以下步骤：

12、在作为内包层的第一套管上进行打孔处理，使其具有多个芯孔；

13、将多个掺有稀土离子的纤芯分别插入至所述内包层对应的芯孔中，熔缩烧实制成半成品实心棒；

14、将所述半成品实心棒与作为外包层的第二套管进行组合，得到预制棒；对所述预制棒进行拉丝处理，得到稀土掺杂光纤。

15、第三方面，本发明提供一种光纤激光器，所述光纤激光器为包层泵浦结构，所述光纤激光器的光增益介质采用如上述的稀土掺杂光纤。

16、第四方面，本发明提供一种光纤放大器，所述光纤放大器为包层泵浦结构，所述光纤放大器的光增益介质采用如上述的稀土掺杂光纤。

17、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

18、(1)本发明提供的稀土掺杂光纤包括多个掺有稀土离子的纤芯、内包层和外包层，内包层的横截面的外轮廓为正多边形，内包层的中心与稀土掺杂光纤的横截面的几何中心重合，外包层的横截面的外轮廓为圆形。本发明提供的光纤包含多个纤芯，所有纤芯均匀分布有稀土离子，通过设置外轮廓为正多边形的内包层，能够打断泵浦光产生的螺旋光效应，提高用于包层泵浦的多芯掺杂光纤的泵浦效率。即本发明提出了一种新的高泵浦效率的多芯光纤。

19、(2)针对多芯光纤在放大过程中面临的串扰高、芯间增益差大的现象或问题，本发明对芯间距进行调控，通过大的芯间距结合内包层的正多边形设计，能够在进一步提高包层泵浦的泵浦吸收效率的同时降低各纤芯之间的增益差，降低串扰。本发明针对包层泵浦，对纤芯的尺寸、掺杂浓度进行了优化设计，可以进一步降低各个芯之间的增益差。本发明在提高传输系统容量的前提下，为多芯光纤放大器包层泵浦方案提供了一种新思路。

20、(3)本发明通过在内包层外增加一层掺氟的外包层，不仅能够减少包层泵浦光的泄露，还能够降低光纤玻璃部分与涂覆层之间产生的热效应，进一步增大泵浦吸收效率，还能够使其具有良好的弯曲性能，提升光纤的使用寿命。

21、(4)本发明提供的稀土掺杂光纤能够用作光纤激光器或光纤放大器的光增益介质，对应的器件具有小型化、高吸收效率等优点。

技术特征：

1.一种稀土掺杂光纤，其特征在于，包括：多个掺有稀土离子的纤芯、内包层和外包层；所述内包层的横截面的外轮廓为正多边形，所述内包层的中心与所述稀土掺杂光纤的横截面的几何中心重合；所述外包层的横截面的外轮廓为圆形。

2.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述纤芯的相对折射率差δ1在0.3％至1.5％的范围内，所述内包层的相对折射率差δ2为0，所述外包层的相对折射率差δ3在-0.2％至-0.1％的范围内。

3.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，相邻两个所述纤芯对应的芯间距为30μm至50μm。

4.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝和氧化锗；所述稀土离子的含量占比在0.1％至3％的范围内，所述氧化铝的含量占比在0.8％至6％的范围内，所述氧化锗的含量占比在0.3％至1.5％的范围内。

5.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述纤芯与所述内包层的截面面积之比在1:1040至4:1040的范围内。

6.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述纤芯的直径为3至6μm，所述内包层的外接圆直径为110±5μm，所述外包层的外轮廓直径为125±5μm。

7.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述内包层由纯石英材质构成，所述外包层由掺氟石英材质构成。

8.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，还包括：涂覆层；所述涂覆层的相对折射率差在-5.0％至-3.0％的范围内，所述涂覆层的直径为250±5μm。

9.根据权利要求1所述的稀土掺杂光纤，其特征在于，所述纤芯的数量为四个，四个所述纤芯呈正方形排布；所述内包层的横截面的外轮廓为边数取4至8的正多边形。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的稀土掺杂光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

11.一种光纤激光器，其特征在于，所述光纤激光器为包层泵浦结构，所述光纤激光器的光增益介质采用如权利要求1-9中任一项所述的稀土掺杂光纤。

12.一种光纤放大器，其特征在于，所述光纤放大器为包层泵浦结构，所述光纤放大器的光增益介质采用如权利要求1-9中任一项所述的稀土掺杂光纤。

技术总结本发明属于光纤技术领域，公开了一种稀土掺杂光纤及其制备方法、光纤激光器、光纤放大器。本发明提供的稀土掺杂光纤包括多个掺有稀土离子的纤芯、内包层和外包层，内包层的横截面的外轮廓为正多边形，内包层的中心与稀土掺杂光纤的横截面的几何中心重合，外包层的横截面的外轮廓为圆形。本发明提出了一种新的高泵浦效率的多芯光纤，此外，本发明还能降低各纤芯之间的增益差，降低串扰。本发明提供的稀土掺杂光纤能够用作光纤激光器或光纤放大器的光增益介质，对应的器件具有小型化、高吸收效率等优点。技术研发人员：丁园鹏,万浩华,黄欣,沈磊,代璐,李孝斌,张磊,罗杰受保护的技术使用者：长飞光纤光缆股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27