一种保偏增益光纤及其制备方法与流程

本发明涉及光纤产品，更具体地涉及一种保偏增益光纤和一种保偏增益光纤制备方法。

背景技术：

1、用于线偏振输出的保偏型铒镱共掺光纤的研究及应用场景变得越来越重要，尤其是在光纤激光雷达、激光武器等技术突飞猛进的今天，高精度的激光雷达探测系统更希望输出性能更为优良的线偏振特性。

2、现有的保偏铒镱共掺光纤，为了实现高功率的输出，将纤芯中重掺了吸收截面更大的镱离子，使其作为敏化剂将能力传递给铒离子，同时重掺稀土离子需要掺杂高浓度的磷元素以防止析晶现象发生。但是各元素的重掺势必会导致纤芯的数值孔径变得很高，导致信号光的模式过多，光束质量差；并且由于纤芯的p、yb元素重掺杂导致其界面处产生的应力大，使得保偏铒镱光纤的打孔难度比一般的保偏芯棒难度更大，很容易导致打孔时造成纤芯的破裂的问题。目前现有的解决方法在芯层边沉积一层p、ge共掺的基座层，通过基座层的制备降低了芯层的相对折射率，保证芯层光束质量，但是基座层同样也是重掺p、ge，使得芯层及其附近区域的应力进一步增加，进一步增加了应力区打孔难度。

3、同时，现有的保偏铒镱共掺光纤的吸收率不高，所导致的光纤使用长度过长，会造成光纤输出功率受限及非线性效应的产生，因此光纤的泵浦吸收效率也是一个需要面对的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种保偏增益光纤及其制备方法，能够避免在芯层附近沉积p、ge共掺的基座层，降低应力区打孔难度的同时保证好的光束质量和更高的泵浦光束缚能力，以及提高泵浦光吸收效率。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了一种保偏增益光纤，所述光纤由内至外依次包括芯层、第一层包层、第二层包层；所述纤芯为er、yb、p共掺的石英层；所述第一包层为掺cl的石英层；所述第二包层为含f的聚丙烯酸树脂；其中，所述芯层的折射率n1、所述第一包层的折射率n2和所述第二包层的折射率n3呈阶跃分布、且满足关系n1＞n2＞n3。

3、在本发明的一个实施例中，所述第一包层的折射率范围在1.47～1.473之间；和/或所述芯层与所述第一包层的折射率之差的范围在0.0025～0.0045之间；和/或所述第一包层与所述第二包层的折射率之差大于0.084。

4、在本发明的一个实施例中，所述第一包层内以所述纤芯为中心对称分布两个非圆应力区。

5、在本发明的一个实施例中，所述应力区与所述第一包层的折射率之差的范围在-0.0247～-0.0297之间。

6、在本发明的一个实施例中，所述应力区中心到所述纤芯中心的距离与所述纤芯半径的比值范围为7～14。

7、在本发明的一个实施例中，所述第一包层中所掺的cl浓度为10～18wt％。

8、在本发明的一个实施例中，所述第一包层包含靠近所述芯层一侧的第一掺cl层和靠近所述第二包层一侧的第二掺cl层，其中所述第一掺cl层大于所述第二掺cl层中所掺的cl浓度。

9、在本发明的一个实施例中，所述芯层所掺的er2o3浓度为0.05～0.1mol％，yb2o3浓度为0.9～2mol％，p2o5浓度为10～17mol％。

10、另外，本发明实施例提出一种如上述中任意一个实施例所述保偏增益光纤的制备方法，包括：采用化学气相沉积法沉积掺cl的衬管；采用化学气相沉积法在含cl的衬管中沉积芯层，沉积结束后经高温熔缩成光纤预制棒；对所述光纤预制棒加工对称分布的应力通孔；制备掺b应力棒，并与加工好的所述光纤预制棒进行组装，并利用拉丝塔拉成目标尺寸的保偏增益光纤。

11、在本发明的一个实施例中，所述对所述光纤预制棒加工对称分布的应力通孔之前，还包括：根据所述光纤预制棒的尺寸通过化学气相沉积法加工掺cl的套管，将所述光纤预制棒套入相应尺寸的所述套管中进行拉升或熔缩，得到所需的包层与芯层的直径比。

12、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少具有如下一个或多个有益效果：

13、(1)提供的保偏增益光纤通过在第一包层掺杂cl，使第一包层的材料均匀性更好，消除了第一包层由于多层掺杂导致的界面应力，同时也减少了纯硅包层与芯层的界面应力，易于保偏铒镱共掺光纤打孔而避免造成纤芯破裂，并且掺cl的第一包层提高了折射率，同样保证了芯层与第一包层之间小的相对折射率，因此降低了芯层数值孔径，可以使信号光的模式更少或者单模输出，保证了光束质量，同时避免采用在纤芯周围沉积ge/p共掺的基座层来降低芯层与第一包层之间相对折射率的方式，缩小了芯层及其附近区域的尺寸，进一步降低光纤打孔的难度；

14、(2)通过掺cl提高了第一包层的折射率，因此也提高了第一包层与第二包层的相对折射率，使得泵浦光的束缚能力更好，进一步避免了包层泵浦光的泄露；

15、(3)通过将应力区的形状设置为非圆形，相较于圆形应力区，非圆应力区对于打破泵浦螺旋光的效果更好，能够进一步增加包层的吸收系数，提高信号光输出效率。

技术特征：

1.一种保偏增益光纤，其特征在于，所述光纤由内至外依次包括芯层、第一层包层、第二层包层；

2.根据权利要求1所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述第一包层的折射率范围在1.47～1.473之间；和/或所述芯层与所述第一包层的折射率之差的范围在0.0025～0.0045之间；和/或所述第一包层与所述第二包层的折射率之差大于0.084。

3.根据权利要求1所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述第一包层内以所述纤芯为中心对称分布两个非圆应力区。

4.根据权利要求3所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述应力区与所述第一包层的折射率之差的范围在-0.0247～-0.0297之间。

5.根据权利要求3所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述应力区中心到所述纤芯中心的距离与所述纤芯半径的比值范围为7～14。

6.根据权利要求1所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述第一包层中所掺的cl浓度为10～18wt％。

7.根据权利要求6所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述第一包层包含靠近所述芯层一侧的第一掺cl层和靠近所述第二包层一侧的第二掺cl层，其中所述第一掺cl层大于所述第二掺cl层中所掺的cl浓度。

8.根据权利要求1所述的保偏增益光纤，其特征在于，所述芯层所掺的er2o3浓度为0.05～0.1mol％，yb2o3浓度为0.9～2mol％，p2o5浓度为10～17mol％。

9.一种如权利要求1-8中任意一项所述保偏增益光纤的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的保偏增益光纤的制备方法，其特征在于，所述对所述光纤预制棒加工对称分布的应力通孔之前，还包括：

技术总结本发明公开了一种保偏增益光纤，所述光纤由内至外依次包括芯层、第一层包层、第二层包层；所述纤芯为Er、Yb、P共掺的石英层；所述第一包层为掺Cl的石英层；所述第二包层为含F的聚丙烯酸树脂；其中，所述芯层的折射率n1、所述第一包层的折射率n2和所述第二包层的折射率n3呈阶跃分布、且满足关系n1＞n2＞n3。其可以避免在芯层附近沉积P、Ge共掺的基座层，降低应力区打孔难度的同时保证好的光束质量和更高的泵浦光束缚能力，以及提高泵浦光吸收效率。技术研发人员：钟力,杨晨,蓝碧蛟,苏靖,喻春雯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：2024/11/14