铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用。所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤包括纤芯以及包覆在所述纤芯表面的包层；所述包层为氟硫磷酸盐玻璃，所述纤芯为铒镱共掺的氟硫磷酸盐玻璃。上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤增益高，有利于实现低阈值、高效率激光输出。高效率激光输出。高效率激光输出。

【技术实现步骤摘要】
铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光纤
，特别是涉及一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]光纤器件是指将光纤加工处理成具有某种功能的光电子器件。其中以单模光纤为基础的光纤器件获得广泛应用。在光纤通信中可应用的光纤器件主要有光纤放大器、光纤激光器、光纤耦合器、光纤偏振器和光纤滤波器等。其中，以光纤放大器、光纤激光器的应用较为广泛。
[0003]光纤激光器具有结构紧凑、易于实现单模激光输出、便于维护等优点，应用广泛。光纤放大器是在光纤的纤芯中掺入稀土离子，通过稀土离子对信号光的受激辐射作用，使通过的信号光得到放大。1.5μm波段激光位于第三通信窗口，基于受激辐射放大原理制成的掺铒光纤放大器是通信领域的重要部件，大幅度扩展了通信容量、提高了传输速率。此外，1.5μm激光位于“人眼安全”波段，在光纤传感、激光雷达等领域具有重要应用价值。而增益光纤是上述应用场景的核心要素。
[0004]目前而言，1.5μm波段增益光纤由稀土离子Er
3+
和基质玻璃两部分组成，通常共掺Yb
3+
提高泵浦光吸收效率，基质玻璃则通常采用石英玻璃。但是，传统的石英玻璃稀土溶解度低(～10
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ions/cm3)，因而单位增益较小，不利于光纤器件小型化、集约化。另有方法采用磷酸盐玻璃作为基质玻璃，但是制作得到的单模光纤在1535nm处的单位增益为4.20dB/cm，有待进一步的提升。此外，其光纤增益曲线随泵浦功率增大提升慢，在～270mW左右才达到峰值～4.20dB/cm，在低阈值、紧凑型单频光纤激光器及高重频光纤激光器等领域应用时将会导致较高的阈值。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术的目的之一在于提供一种高增益的铒镱(Er
3+
/Yb
3+
)共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤。本专利技术的另一目的在于提供上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤在光纤器件中的应用。
[0006]本专利技术的第一方面，提供一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其包括纤芯以及包覆在所述纤芯表面的包层；所述包层为氟硫磷酸盐玻璃，所述纤芯为铒镱共掺的氟硫磷酸盐玻璃。
[0007]在其中一个实施例中，所述氟硫磷酸盐玻璃中的组分包括：KPO3、Zn(PO3)2、AlF3和Na2SO4。
[0008]在其中一个实施例中，所述包层中各组分的摩尔百分比为：KPO
3 5％～75％、Zn(PO3)
2 10％～60％、AlF
3 1％～40％和Na2SO
4 1％～30％。
[0009]在其中一个实施例中，所述纤芯中各组分的摩尔百分比为：KPO
3 5％～75％、Zn
(PO3)
2 10％～60％、AlF
3 1％～40％、Na2SO
4 1％～30％、ErF
3 0.1％～10％和YbF
3 0.1％～10％。
[0010]在其中一个实施例中，所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的截止波长为1.5μm，1535nm处增益为3～5dB/cm。
[0011]本专利技术的第二方面，提供如上所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的制备方法，包括如下步骤：
[0012]获取包层玻璃胚料以及纤芯玻璃胚料；
[0013]将所述纤芯玻璃胚料制成纤芯预制棒，然后对所述纤芯预制棒采用加热拉细工艺制备芯棒；
[0014]对所述包层玻璃胚料采用机械冷加工方式制备包层预制棒；
[0015]将所述芯棒与所述包层预制棒进行组装，并采用加热拉细工艺制备所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤。
[0016]在其中一个实施例中，获取所述包层玻璃胚料的方法包括如下步骤：
[0017]按照所述包层的组成称取原料并混合；
[0018]混合所得物料在900℃～1100℃条件下熔制4小时～8小时，经搅拌、均化、澄清，制备第一玻璃液；
[0019]将所述第一玻璃液浇注到预热至250℃～350℃的模具中成型，退火，制备所述包层玻璃胚料；及/或
[0020]获取所述纤芯玻璃胚料的方法包括如下步骤：
[0021]按照所述纤芯的组成称取原料并混合；
[0022]混合所得物料在900℃～1100℃条件下熔制4小时～8小时，经搅拌、均化、澄清，制备第二玻璃液；
[0023]将所述第二玻璃液浇注到预热至250℃～350℃的模具中成型，退火，制备所述纤芯玻璃胚料。
[0024]在其中一个实施例中，加热拉细工艺的温度为550℃～600℃。
[0025]本专利技术的第三方面，提供如上所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤在光纤器件中的应用。
[0026]在其中一个实施例中，所述光纤器件为光纤激光器或光纤放大器。
[0027]上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，以氟硫磷酸盐玻璃替代传统的石英玻璃，其中，多阴离子氟硫磷酸盐玻璃结合了磷酸盐玻璃稀土掺杂浓度高(～10
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ions/cm3)、成玻性能优异、加工性能良好以及氟化物玻璃非线性折射率低、光学光谱性质优异等特点。同时，氟化物的引入还有助于降低玻璃中羟基含量，提高稀土离子发光效率，硫酸根的引入则能够调控玻璃的结构与性质和稀土离子局域环境，进而增强受激辐射跃迁性能。综上，以氟硫磷酸盐玻璃作为基质材料可制备高增益的光纤，且有利于实现低阈值、高效率激光输出。具体地，上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的截止波长为1.5μm，在1535nm峰值达3～5dB/cm。
[0028]另外，上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤还能在较小泵浦功率条件下实现较高增益，有望应用于光纤放大器，低阈值、紧凑型单频光纤激光器及高重频光纤激光器等领域。
[0029]进一步地，通过合理的氟硫磷酸盐玻璃原料配制，上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的玻璃熔制工艺简单安全、无需在玻璃熔制过程中添加CCl4、POCl3等有毒化学物质除水。并且该氟硫磷酸盐玻璃抗析晶稳定性较好，纤芯玻璃经二次拉丝仍保持均匀非晶态。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例2的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤增益随泵浦功率变化图。
具体实施方式
[0031]以下结合具体实施例对本专利技术的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0032]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0033]本文所使用的术语“和/或”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其特征在于，其包括纤芯以及包覆在所述纤芯表面的包层；所述包层为氟硫磷酸盐玻璃，所述纤芯为铒镱共掺的氟硫磷酸盐玻璃。2.根据权利要求1所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其特征在于，所述氟硫磷酸盐玻璃中的组分包括：KPO3、Zn(PO3)2、AlF3和Na2SO4。3.根据权利要求1所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其特征在于，所述包层中各组分的摩尔百分比为：KPO
3 5％～75％、Zn(PO3)
2 10％～60％、AlF31％～40％和Na2SO
4 1％～30％。4.根据权利要求1所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其特征在于，所述纤芯中各组分的摩尔百分比为：KPO
3 5％～75％、Zn(PO3)
2 10％～60％、AlF31％～40％、Na2SO
4 1％～30％、ErF
3 0.1％～10％和YbF
3 0.1％～10％。5.根据权利要求1～4任一项所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其特征在于，所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的截止波长为1.5μm，1535nm处增益为3～5dB/cm。6.权利要求1～5任一项所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤远，邝路东，肖永宝，王伟超，叶诣琛，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：