一种多芯光纤包层泵浦放大器及其制备方法与流程

本发明属于光纤放大器，更具体地，涉及一种多芯光纤包层泵浦放大器及其制备方法。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，数据传输的需求与日俱增，而常规单模传输已接近容量极限，空分复用技术成为突破现有瓶颈的有效方案。多芯复用作为空分复用解决方案之一，利用支持多通道的多芯光纤，作为一种克服基于单模光纤的高速长距离传输系统容量限制(每根光纤约100tbit/s)的有效方法，具有较好的应用前景。但其传输应用中仍面临长距离传输的损耗问题，开发相适用的多芯放大器至关重要。

2、光纤增益器件作为多芯放大器研发的核心技术，直接影响放大器的增益效果。目前针对多芯放大器的开发，增益方式包括芯层泵浦和包层泵浦两种方案。其中芯层泵浦技术通过光纤端面以纤芯引入泵浦光，需要多个泵浦源，成本高，集成体积大。包层泵浦通过双包层光纤的结构特点，使泵浦光由内包层进入纤芯。激发稀有金属离子放大信号光，可通过单个泵浦源实现多个通道同时放大，可有效降低泵浦成本，提高集成度，减小放大器整机的体积。

3、目前包层泵浦的实现方案虽然很多，也大多具有较好的泵浦效率，但是对于多通道的多芯光纤来讲，不仅需要将泵浦光导入纤芯，还需要考虑各个通道的增益均衡效果，而目前针对这方面的研究较少。如何在获得较好泵浦效率的同时实现各通道增益均衡，是本领域关注和需要解决的一个技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种多芯光纤包层泵浦放大器及其制备方法，以在获得较好泵浦效率的同时实现各通道增益均衡。

2、本发明提供一种多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤1、将剥除部分区段涂敷层的多模光纤作为第一中间件，将剥除部分区段涂敷层的单模光纤作为第二中间件，将剥除部分区段涂敷层的多芯光纤作为第三中间件；

4、步骤2、对所述第一中间件的裸光纤区域进行拉锥处理得到第四中间件，所述第四中间件的裸光纤区域包括锥形过渡区和锥腰区；

5、步骤3、将所述第四中间件和多根所述第二中间件分别穿入毛细管中，得到第一组合体；其中，所述第四中间件的锥腰区位于所述毛细管的中心区域，多根所述第二中间件围绕所述第四中间件排布，且多根所述第二中间件的排布与所述第三中间件的纤芯位置一致；

6、步骤4、对所述第一组合体进行拉锥处理得到第五中间件；

7、步骤5、将所述第三中间件与所述第五中间件进行对准熔接，点胶封装后得到多芯光纤包层泵浦放大器；其中，所述多芯光纤包层泵浦放大器包含的多模光纤用于输入泵浦光，所述多芯光纤包层泵浦放大器包含的多根单模光纤用于输入信号光。

8、优选的，所述多芯光纤采用双包层多芯有源光纤时，将所述双包层多芯有源光纤作为增益介质，所述双包层多芯有源光纤的纤芯掺杂铒、镱、钼中的一种或多种稀土金属。

9、优选的，所述多芯光纤采用双包层多芯无源光纤时，将所述双包层多芯无源光纤熔接多芯有源光纤，并将熔接的多芯有源光纤作为增益介质。

10、优选的，所述多芯光纤的芯间距a满足：20μm≤a≤45μm。

11、优选的，所述步骤1中的所述多模光纤的纤芯直径为50-250μm，包层直径为90-420μm，数值孔径na满足：0.15≤na≤0.25；所述步骤1中的所述单模光纤的纤芯直径为4-10μm，包层直径为125±5μm。

12、优选的，所述步骤1中，所述第一中间件和所述第二中间件的使用总长度均为200±0.5cm，剥除涂覆层的区域为光纤的中间区域，所述第一中间件的剥除区段的长度为1±0.1cm，所述第二中间件的剥除区段的长度为3±0.1cm；所述第三中间件剥除涂覆层的区域为光纤的一端侧，所述第三中间件的剥除区段的长度为2±0.3cm。

13、优选的，所述步骤2中得到的所述第四中间件的锥腰直径所述第四中间件的锥形过渡区的长度为2-4mm，所述第四中间件的锥腰区的长度为8-14μm；所述步骤4中得到的所述第五中间件的锥腰直径其中，d1为第二中间件的直径，d2为第四中间件的锥腰直径，d4为第五中间件的锥腰直径，a为多芯光纤的芯间距。

14、优选的，所述步骤3中的所述毛细管的壁厚为200-400μm。

15、优选的，所述步骤2和所述步骤4进行拉锥处理时，拉锥温度为2000-3000℃，拉锥速度为0.1-2μm/ms。

16、另一方面，本发明提供一种多芯光纤包层泵浦放大器，采用上述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法制备得到。

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、本发明首先将剥除部分区段涂敷层的多模光纤、单模光纤、多芯光纤分别作为第一中间件、第二中间件、第三中间件，然后对第一中间件的裸光纤区域进行拉锥处理得到第四中间件，之后将第四中间件和多根第二中间件分别穿入毛细管中得到第一组合体；其中，第四中间件的锥腰区位于毛细管的中心区域，多根第二中间件围绕第四中间件排布，且多根第二中间件的排布与第三中间件的纤芯位置一致；对第一组合体进行拉锥处理得到第五中间件；最后将第三中间件与第五中间件进行对准熔接，点胶封装后得到多芯光纤包层泵浦放大器。本发明得到的多芯光纤包层泵浦放大器中的多根单模光纤分别向多芯光纤传输信号光，一根多模光纤注入泵浦光，此结构结合信号扇入和泵浦注入一体，通过光纤中心注入泵浦光，有利于提高各通道的增益，并使各个信道的增益均衡，且可通过一个泵浦源同时实现多路信号的放大，有利于降低多芯放大器制作成本和提高集成度。此外，相对于拉锥熔融的制备方案(拉锥熔融主要采用多模光纤和有源光纤通过高温作用，共同拉锥熔融使泵浦光由侧边进入有源光纤，此方法由于长时间高温引起的稀土金属离子扩散，会造成信号光传输的额外损耗)，本发明基于拉锥和熔接的制备方法，不涉及对有源光纤持续加热，可避免高温作用下稀土离子的扩散引起损耗，可以有效降低信号光损耗，提高泵浦效率。相对于空间耦合的制备方案(空间耦合是使用透镜、光栅、准直器等光学设备将泵浦光折射进入双包层光纤的包层，以实现信号光的放大，此方法光路的搭建过程具有一定的危险性，对光学元件的性能要求高，成本高，且不易集成)，本发明的工艺过程简单，成品率高。本发明制备得到的器件体积小，易于集成。综上，本发明能够在获得较好泵浦效率的同时实现各通道增益均衡，且具有低成本、低损耗且高集成的优点。

技术特征：

1.一种多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述多芯光纤采用双包层多芯有源光纤时，将所述双包层多芯有源光纤作为增益介质，所述双包层多芯有源光纤的纤芯掺杂铒、镱、钼中的一种或多种稀土金属。

3.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述多芯光纤采用双包层多芯无源光纤时，将所述双包层多芯无源光纤熔接多芯有源光纤，并将熔接的多芯有源光纤作为增益介质。

4.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述多芯光纤的芯间距a满足：20μm≤a≤45μm。

5.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的所述多模光纤的纤芯直径为50-250μm，包层直径为90-420μm，数值孔径na满足：0.15≤na≤0.25；所述步骤1中的所述单模光纤的纤芯直径为4-10μm，包层直径为125±5μm。

6.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，所述第一中间件和所述第二中间件的使用总长度均为200±0.5cm，剥除涂覆层的区域为光纤的中间区域，所述第一中间件的剥除区段的长度为1±0.1cm，所述第二中间件的剥除区段的长度为3±0.1cm；所述第三中间件剥除涂覆层的区域为光纤的一端侧，所述第三中间件的剥除区段的长度为2±0.3cm。

7.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤2中得到的所述第四中间件的锥腰直径所述第四中间件的锥形过渡区的长度为2-4mm，所述第四中间件的锥腰区的长度为8-14μm；所述步骤4中得到的所述第五中间件的锥腰直径其中，d1为第二中间件的直径，d2为第四中间件的锥腰直径，d4为第五中间件的锥腰直径，a为多芯光纤的芯间距。

8.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的所述毛细管的壁厚为200-400μm。

9.根据权利要求1所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法，其特征在于，所述步骤2和所述步骤4进行拉锥处理时，拉锥温度为2000-3000℃，拉锥速度为0.1-2μm/ms。

10.一种多芯光纤包层泵浦放大器，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的多芯光纤包层泵浦放大器的制备方法制备得到。

技术总结本发明属于光纤放大器技术领域，公开了一种多芯光纤包层泵浦放大器及其制备方法。本发明首先将剥除部分区段涂敷层的多模光纤、单模光纤、多芯光纤分别作为第一中间件、第二中间件、第三中间件，然后对第一中间件的裸光纤区域进行拉锥处理得到第四中间件，之后将第四中间件和多根第二中间件分别穿入毛细管中得到第一组合体；对第一组合体进行拉锥处理得到第五中间件；最后将第三中间件与第五中间件进行对准熔接，点胶封装后得到多芯光纤包层泵浦放大器；多芯光纤包层泵浦放大器包含的多模光纤用于输入泵浦光，包含的多根单模光纤用于输入信号光。本发明能够在获得较好泵浦效率的同时实现各通道增益均衡，且具有低成本、低损耗、高集成的优点。技术研发人员：代璐,丁园鹏,褚俊,张磊,沈磊,罗杰,石红燕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：2024/9/17