一种掺铒光子晶体光纤制造技术

本发明专利技术公开了一种掺铒光子晶体光纤，涉及光子晶体光纤领域。该掺铒光子晶体光纤包括由内至外依次排列的石英纤芯、开有若干个空气孔的空气孔层、石英外包层、涂层，空气孔均沿光纤轴向分布并贯穿于整根光纤，空气孔排列形成多层环圈，环圈的层数至少为5层，每层环圈中的空气孔大小均相同，每层环圈中的空气孔均以石英纤芯为中心，呈正六边形排列，每层环圈中的空气孔的数量＝环圈层数*6；石英纤芯包括掺杂芯层，掺杂芯层掺有铒离子、镨离子。该掺铒光子晶体光纤具有优良的抗辐照性能，能够满足航天用光纤陀螺的荧光光源、复杂环境的掺铒光纤放大器EDFA等特殊环境下的应用需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光子晶体光纤领域，具体涉及一种掺铒光子晶体光纤。
技术介绍
在恶劣的核辐射环境下，光纤的辐照损伤对光纤信息传输有很大的影响，特别是在强脉冲辐射场中，光纤的瞬态感生损耗可高达数千dB；低剂量率环境下的长期辐照积累，也会产生较大的永久损伤。对于光纤而言，当其中含有锗离子、铝离子等着色离子时，在γ射线的照射下，光纤中部分自有电子会被这些着色离子所捕获，从而在光纤中形成色心，形成新的吸收带，导致在可见光的波段出现较大的损耗，甚至不透光。对于掺铒光纤来说，由于掺铒光纤的纤芯内部掺杂有着色离子，受辐照后光纤损耗将更加明显，因此需要针对性的开展掺杂工艺、新的耐辐照光纤结构设计、拉丝工艺、光纤预辐照等工艺手段方面的研究。光子晶体光纤具有灵活的结构设计特性，通过对光子晶体光纤进行一定的结构设计，可以实现良好的抗辐照特性。人们纷纷研究各种方法将光子晶体光纤的抗辐照特性和掺铒光纤的特性结合起来，形成具有抗辐照特性的掺铒光子晶体光纤。然而，现有的掺铒光子晶体光纤的抗辐照性能较差，不能满足航天用光纤陀螺的荧光光源、复杂环境的掺铒光纤放大器EDFA等特殊环境下的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述
技术介绍
的不足，提供一种掺铒光子晶体光纤，该掺铒光子晶体光纤具有优良的抗辐照性能，能够满足航天用光纤陀螺的荧光光源、复杂环境的掺铒光纤放大器EDFA等特殊环境下的应用需求。本专利技术提供一种掺铒光子晶体光纤，包括由内至外依次排列的石英纤芯、开有若干个空气孔的空气孔层、石英外包层、涂层，所述空气孔均沿光纤轴向分布并贯穿于整根光纤，所述空气孔排列形成多层环圈，所述环圈的层数至少为5层，每层环圈中的空气孔大小均相同，每层环圈中的空气孔均以石英纤芯为中心，呈正六边形排列，每层环圈中的空气孔的数量＝环圈层数*6；所述石英纤芯包括掺杂芯层，所述掺杂芯层掺有铒离子、镨离子。在上述技术方案的基础上，所述石英纤芯还包括掺氟包层，所述掺氟包层包覆在所述掺杂芯层的外侧。在上述技术方案的基础上，所述掺杂芯层中还掺有一定量的硼离子。在上述技术方案的基础上，所述空气孔层中空气孔的占空比为25％～40％。在上述技术方案的基础上，所述掺氟包层与石英外包层的相对折射率差为-0.0％～-1.0％。在上述技术方案的基础上，所述空气孔层中的环圈层数为5～9层。在上述技术方案的基础上，所述空气孔层中的环圈层数为7层。在上述技术方案的基础上，相邻的两个所述空气孔的间距为3.0μm～6.0μm。在上述技术方案的基础上，所述空气孔的内径为1.0μm～4.0μm。在上述技术方案的基础上，所述掺杂芯层的直径为3.0μm～8.0μm。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：(1)本专利技术充分利用掺铒光子晶体光纤的结构设计灵活的特点，合理优化空气孔层的结构，控制空气孔的环圈层数，有效实现光子晶体光纤的抗辐照特性；同时在掺杂纤层引入镨离子与铒离子共掺，进一步提高光纤的抗辐照特性。该掺铒光子晶体光纤具有优良的抗辐照特性，在辐照总剂量为100Krad的条件下，该掺铒光子晶体光纤在1200nm波长下的辐照感生损耗增加值小于0.5dB/m，能够满足航天用光纤陀螺的荧光光源、复杂环境的掺铒光纤放大器EDFA等特殊环境下的应用需求。(2)掺杂纤层外包覆有掺氟包层，掺氟包层中的氟离子一方面降低包层的折射率，有利于全反射通光，另一方面也有利于光纤的抗辐照特性。(3)该掺铒光子晶体光纤的纤芯还可以同时掺入硼离子，能够抵抗由于引入镨离子而带来的团聚和功率提升情况下的暗化等效应，从而提高基于掺铒光子晶体光纤的掺铒光纤激光器的工作性能。(4)本专利技术在980nm的吸收系数可达到5.5dB/m～12dB/m，在1550nm的吸收系数可达到12dB/m～21dB/m，能够满足掺铒光纤放大器EDFA到掺铒荧光光源的不同应用需求。该掺铒光子晶体光纤在980nm泵浦光和1550nm输出光均为单模传输，能够保障良好的泵浦效率和出光的光束质量。1550nm模场直径可控制在3.0微米～8.0微米，能够满足不同器件设计的使用需求。(5)本专利技术设计有特别的空气孔层数和空气孔占空比，使掺铒光子晶体光纤在波长1310nm～1550nm波段具有最优的背景损耗和色散特性，并能实现良好的增益，提高光转换效率。通过微孔和纤芯的优化组合将光子晶体光纤的截止波长灵活优化，从而能够灵活控制光纤的零色散波长，在1310nm和1550nm之间根据实际需要灵活调整。(6)本专利技术采用多极法设计，合理优化空气孔层的结构，控制空气孔的环圈层数，使掺铒光子晶体光纤在波长980nm～1550nm范围内保持单模传输。本专利技术中的空气孔设计为正六边形分布，还有利于进行比较精确的拉制。(7)本专利技术具有优良的抗弯曲性能，在5mm弯曲半径下的最小弯曲附加损耗小于0.2dB。附图说明图1：本专利技术实施例中实际研制的掺铒光子晶体光纤的端面结构图；图2：本专利技术实施例中掺铒光子晶体光纤的环圈结构设计图；图3：本专利技术实施例3中掺铒光子晶体光纤的吸收图谱；图4：本专利技术实施例10中掺铒光子晶体光纤的模场直径测试图。附图标记：1—石英纤芯，1a—掺杂芯层，1b—掺氟包层，2—空气孔，3—石英外包层，4—涂层。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。参见图1、图2所示，本专利技术实施例提供一种掺铒光子晶体光纤，该光纤包括由内至外依次排列的石英纤芯1、开有若干个空气孔2的空气孔层、石英外包层3、涂层4，空气孔层包覆在石英纤芯1的外
侧，石英外包层3采用纯二氧化硅制成，并包覆在空气孔层的外侧，涂层4涂覆在石英外包层3的外侧；空气孔2均沿光纤轴向分布并贯穿于整根光纤，空气孔2排列形成多层环圈，环圈的层数至少为5层，每层环圈中的空气孔2大小均相同，每层环圈中的空气孔2均以石英纤芯1为中心，呈正六边形排列，每层环圈中的空气孔2的数量＝环圈层数*6；石英纤芯1包括掺杂芯层1a、掺氟包层1b，掺杂芯层1a掺有铒离子、镨离子，以及少量的铝离子和锗离子，掺氟包层1b包覆在掺杂芯层1a的外侧。本专利技术减少掺杂芯层1a中锗、铝等会增加色心的离子掺杂，同时引入镨离子共掺，实现抗辐照特性。掺杂芯层1a中还掺有一定量的硼离子，用于抵抗由于引入镨离子而带来的团聚和功率提升情况下的暗化等效应。优选的，空气孔层中的环圈层数为5～9层，典型取值包括6层、7层、8层、9层等；实际应用中，空气孔层中的环圈层数最佳为7层。第1层环圈中空气孔2的数量为N1＝1*6＝6个，第2层环圈中空气孔2的数量为N2＝2*6＝12个，依次类推，第x层环圈中空气孔2的数量Nx＝x*6。空气孔层中空气孔2的占空比为25％～40％，相邻的两个空气孔2的间距为3.0μm～6.0μm，空气孔2的内径为1.0μm～4.0μm。掺杂芯层1a的直径为3.0μm～8.0μm，掺氟包层1b的直径为4.0μm～10.0μm。掺氟包层1b与石英外包层3的相对折射率差为-0.0％～-1.0％，掺氟包层1b的掺氟浓度以掺氟包层1b与石英外包层3的相对折射率差来确定。石英外包层3的直径为80.0μm～125.0μm，涂层4的直径为135.0μm～245.0μm。石英外包层3外涂覆的涂层4，用于对光纤进行保护。涂层4采\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺铒光子晶体光纤，该光纤包括由内至外依次排列的石英纤芯(1)、开有若干个空气孔(2)的空气孔层、石英外包层(3)、涂层(4)，所述空气孔(2)均沿光纤轴向分布并贯穿于整根光纤，其特征在于：所述空气孔(2)排列形成多层环圈，所述环圈的层数至少为5层，每层环圈中的空气孔(2)大小均相同，每层环圈中的空气孔(2)均以石英纤芯(1)为中心，呈正六边形排列，每层环圈中的空气孔(2)的数量＝环圈层数*6；所述石英纤芯(1)包括掺杂芯层(1a)，所述掺杂芯层(1a)掺有铒离子、镨离子。

【技术特征摘要】
1.一种掺铒光子晶体光纤，该光纤包括由内至外依次排列的石英纤芯(1)、开有若干个空气孔(2)的空气孔层、石英外包层(3)、涂层(4)，所述空气孔(2)均沿光纤轴向分布并贯穿于整根光纤，其特征在于：所述空气孔(2)排列形成多层环圈，所述环圈的层数至少为5层，每层环圈中的空气孔(2)大小均相同，每层环圈中的空气孔(2)均以石英纤芯(1)为中心，呈正六边形排列，每层环圈中的空气孔(2)的数量＝环圈层数*6；所述石英纤芯(1)包括掺杂芯层(1a)，所述掺杂芯层(1a)掺有铒离子、镨离子。2.如权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤，其特征在于：所述石英纤芯(1)还包括掺氟包层(1b)，所述掺氟包层(1b)包覆在所述掺杂芯层(1a)的外侧。3.如权利要求1所述的掺铒光子晶体光纤，其特征在于：所述掺杂芯层(1a)中还掺有一定量的硼离子。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗文勇，杜城，李伟，严垒，陈超，张洁，雷琼，刘承香，赵磊，
申请(专利权)人：烽火通信科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42