一种抗辐射掺铒光纤及其制备方法与应用与流程

本发明涉及光纤，尤其涉及一种抗辐射掺铒光纤及其制备方法与应用。

背景技术：

1、光纤具有传输效率高、损耗低、质量轻和抗静电干扰等优点，在通信领域已得到广泛应用。稀土(如yb、er、tm)掺杂石英光纤激光器或放大器具有重量轻、体积小、电光转换效率高、峰值功率高、线宽窄等优势，在空间通讯、激光雷达、太空垃圾处理、机载激光武器等方面具有重要应用价值。然而，激光器或放大器在执行太空任务时，将面临恶劣的粒子辐射(如质子、电子、x射线和γ射线)。粒子辐射会导致激光器或放大器内有源光纤的损耗急剧增加，激光斜率效率大幅下降，严重时甚至没有激光输出。

2、为了提高光纤的抗辐照性能，国内外研究人员做了大量研究工作并提出相应的解决办法。目前光纤抗辐照技术主要是通过光纤组分设计、光纤载气、热漂白和光漂白技术等，提升光纤的抗辐照能力。在掺铒抗辐照光纤中主要是基于组分设计，通过提升ge元素的比例，来提升光纤的耐辐照性能。ge元素在空气中相对稳定，不易发生化学反应。这种稳定性使得ge在受到辐照时，能够保持其原有的物理和化学性质，不易产生明显的性能变化。ge元素的电子结构使得其能够有效地吸收和分散辐照能量，从而减少对光纤材料的损害。这种特性有助于保持光纤的稳定性和可靠性，确保光信号在传输过程中不受干扰。

3、由于ge元素的折射率高于二氧化硅，因此过量掺入ge会导致光纤的折射率分布不均，这可能会改变光纤的传输模式和色散特性。色散的变化可能导致光信号在传输过程中的失真和损耗增加。ge元素的过量掺入还可能引入额外的吸收和散射损耗，导致光信号在光纤中传输时的衰减增大，噪音系数变大，影响光纤的传输距离和信号质量。因此，现有含ge的抗辐射掺铒光纤的噪音系数大且对光纤的背景损耗大，难以满足高辐射环境下对光纤的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种抗辐射掺铒光纤及其制备方法与应用，用于改善现有技术的抗辐射掺铒光纤的噪音系数大且对光纤的背景损耗大的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗辐射掺铒光纤的制备方法，包括以下步骤：

3、s10，在石英反应管的内壁沉积疏松层；

4、s20，将石英反应管浸泡在含有er3+、ga3+、la3+，al3+的掺杂溶液中，并在干燥气氛下干燥，得到第一掺杂石英管，掺杂溶液中ga3+的配制浓度为0.2~500g/l；

5、s30，在第一掺杂石英管的疏松层上沉积ge2o3层，得到第二掺杂石英管；

6、s40，将第二掺杂石英管烧缩成石英预制棒后插入石英套管中，并在拉丝塔中拉制成抗辐射掺铒光纤。

7、优选地，s10步骤具体包括：氢氧灯从左向右移动，在1300~1600℃下向石英反应管内同时通入sicl4以及o2，即得具有疏松层的石英反应管。

8、优选地，s20步骤中，浸泡时间为2~10h，浸泡温度为20~60℃，浸泡过程中保持石英反应管以10r/min~50r/min的速度旋转。

9、优选地，s20步骤中，掺杂溶液中：er3+的配制浓度为0.5~2g/l，la3+的配制浓度为0.2~50g/l，al3+的配制浓度为0.2~500g/l。

10、优选地，进行s30步骤之前还包括：在氯气氛围下对第一掺杂石英管进行烘烤处理。

11、优选地，s30步骤具体包括：氢氧灯从右向左移动，在1300~1700℃下，向第一掺杂石英管内同时通入gecl4和o2，得到第二掺杂石英管。

12、优选地，s40步骤中，对第二掺杂石英管进行烧缩的温度为1900~2300℃，第二掺杂石英管在烧缩时的管内压力为0.1~0.3torr。

13、相应地，本发明还提供一种抗辐射掺铒光纤，抗辐射掺铒光纤由如上任一项的抗辐射掺铒光纤的制备方法制备而成。

14、优选地，抗辐射掺铒光纤包括石英套管，同时轴向插设于石英套管内部的石英预制棒，石英预制棒设于石英套管的中心。

15、相应地，本发明又提供一种如上任一项的抗辐射掺铒光纤在辐照剂量大于等于1000gy条件下的应用。

16、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了抗辐射掺铒光纤及其制备方法与应用，上述方法包括：在石英反应管的内壁沉积疏松层；将石英反应管浸泡在含有er3+、ga3+、la3+，al3+的掺杂溶液中，并在干燥气氛下干燥，得到第一掺杂石英管，掺杂溶液中ga3+的配制浓度为0.2~500g/l；在第一掺杂石英管的疏松层上沉积ge2o3层，得到第二掺杂石英管；将第二掺杂石英管烧缩成石英预制棒后插入石英套管中，并在拉丝塔中拉制成抗辐射掺铒光纤；本发明提供的抗辐射掺铒光纤的制备方法通过在含ge2o3层的光纤中同时掺杂er3+、ga3+、la3+以及al3+：er3+作为增益介质，能够吸收泵浦光能量并将其转换为信号光的放大；la3+作为er3+的分散剂能够增强光纤的抗辐照能力，且la3+掺杂对光纤的增益性能不会产生负面影响，al3+可以调节er3+能级展宽的程度，表现为增益谱更长波的增益抬高，且短波位置的增益也不至于下降很多，ga3+的掺杂可以减少抗辐射掺铒光纤的噪音系数，同时减少背景损耗，进一步提高了抗辐射掺铒光纤的综合性能。

技术特征：

1.一种抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述s10步骤具体包括：氢氧灯从左向右移动，在1300~1600℃下向所述石英反应管内同时通入sicl4以及o2，即得具有所述疏松层的所述石英反应管。

3.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述s20步骤中，浸泡时间为2~10h，浸泡温度为20~60℃，浸泡过程中保持所述石英反应管以10r/min~50r/min的速度旋转。

4.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述s20步骤中，所述掺杂溶液中：er3+的配制浓度为0.5~2g/l，la3+的配制浓度为0.2~50g/l，al3+的配制浓度为0.2~500g/l。

5.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，进行所述s30步骤之前还包括：在氯气氛围下对所述第一掺杂石英管进行烘烤处理。

6.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述s30步骤具体包括：氢氧灯从右向左移动，在1300~1700℃下，向所述第一掺杂石英管内同时通入gecl4和o2，得到第二掺杂石英管。

7.根据权利要求1所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述s40步骤中，对所述第二掺杂石英管进行烧缩的温度为1900~2300℃，所述第二掺杂石英管在烧缩时的管内压力为0.1~0.3torr。

8.一种抗辐射掺铒光纤，其特征在于，所述抗辐射掺铒光纤由如权利要求1至7任一项所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法制备而成。

9.根据权利要求8所述的抗辐射掺铒光纤的制备方法，其特征在于，所述抗辐射掺铒光纤包括石英套管，同时轴向插设于所述石英套管内部的石英预制棒，所述石英预制棒设于所述石英套管的中心。

10.一种如权利要求8至9任一项所述的抗辐射掺铒光纤在辐照剂量大于等于1000gy条件下的应用。

技术总结本发明提供了抗辐射掺铒光纤及其制备方法与应用，上述方法包括：在石英反应管的内壁沉积疏松层；将石英反应管浸泡在含有Er<supgt;3+</supgt;、Ga<supgt;3+</supgt;、La<supgt;3+</supgt;，Al<supgt;3+</supgt;的掺杂溶液中，并在干燥气氛下干燥，得到第一掺杂石英管，掺杂溶液中Ga<supgt;3+</supgt;的配制浓度为0.2~500g/L；在第一掺杂石英管的疏松层上沉积Ge<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层，得到第二掺杂石英管；将第二掺杂石英管烧缩成石英预制棒后插入石英套管中，并在拉丝塔中拉制成抗辐射掺铒光纤；本发明提供的抗辐射掺铒光纤的制备方法通过Ga<supgt;3+</supgt;的掺杂可以减少抗辐射掺铒光纤的噪音系数，同时减少背景损耗，进一步提高了抗辐射掺铒光纤的综合性能。技术研发人员：周响,陈阳,周远鹏,褚应波受保护的技术使用者：武汉长进光子技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9