一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法。该制备方法包括：光纤预制棒疏松层分区沉积、溶液浸泡、玻璃化和熔融缩棒。光纤预制棒疏松层分区沉积具体为：在反应管内壁分区沉积疏松层，得到分区沉积疏松层的反应管；在分区沉积疏松层的过程中，反应管内腔沿轴向划分为若干加热区域，每一加热区域内，沿轴向温度分布呈单调渐变或者抛物线渐变，在反应管内壁上沉积得到致密度渐变的疏松层。本发明专利技术通过沉积温度的轴向渐变，实现掺杂离子浓度的轴向渐变，形成掺杂浓度单调渐变的锥形掺杂或者抛物线渐变的纺锤体型掺杂，解决泵浦光入射端吸收过大的问题，使光纤的吸收系数更均匀，光纤热分布更均匀，提高光纤激光器模式不稳定阈值。模式不稳定阈值。模式不稳定阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光纤激光器
，尤其涉及一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着高功率光纤激光器功率不断攀升，有源光纤中出现的模式不稳定效应、非线性效应和光子暗化效应限制了光纤激光的亮度和功率的提升，并且严重影响光纤激光器的稳定性和寿命。其中，模式不稳定效应是由于光纤对泵浦吸收不均匀使得热分布不均匀，导致光纤纤芯中产生热致折射率光栅，增强了纤芯中模式耦合效应，从而影响光纤功率和模式输出的稳定性。传统的有源光纤掺杂、芯包比和尺寸在有效长度内是固定不变的，再加上光纤对泵浦光的吸收是指数型吸收，光纤中的热分布必然梯度比较大，很容易导致模式不稳定现象的出现。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，有必要提供一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法，用以解决现有技术中大功率用有源光纤模式不稳定阈值低的技术问题。
[0004]本专利技术的第一方面提供一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤：
[0005]光纤预制棒疏松层分区沉积：在反应管内壁分区沉积疏松层，得到分区沉积疏松层的反应管；其中，在分区沉积疏松层的过程中，反应管内腔沿轴向划分为若干加热区域，每一加热区域内，沿轴向温度分布呈单调渐变或者抛物线渐变，在反应管内壁上沉积得到致密度渐变的疏松层；
[0006]溶液浸泡：将分区沉积疏松层的反应管用含有有源离子的溶液浸泡，得到附着有源离子的反应管；
[0007]玻璃化和熔融缩棒：将附着有源离子的反应管依次进行玻璃化、熔融缩棒，得到轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒。
[0008]本专利技术的第二方面提供一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒，该轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒通过本专利技术第一方面提供的轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法得到。
[0009]本专利技术的第三方面提供一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤，该轴向掺杂浓度渐变有源光纤通过将本专利技术第一方面得到的轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒继续经拉丝、涂覆包层后得到。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0011]本专利技术通过沉积温度的轴向渐变，实现掺杂离子浓度的轴向渐变，形成掺杂浓度单调渐变的锥形掺杂或者抛物线渐变的纺锤体型掺杂，从而解决泵浦光入射端吸收过大的问题，使光纤的吸收系数更均匀，光纤热分布更均匀，提高光纤激光器模式不稳定阈值。
附图说明
[0012]图1是本专利技术提供的轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒一实施方式疏松层沉积示意图；
[0013]图2是本专利技术提供的轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒又一实施方式疏松层沉积示意图；
[0014]图3是正向单端泵浦下实施例1和对比例1所得光纤的反转粒子数分布图；
[0015]图4是正向单端泵浦下实施例2和对比例1所得光纤的反转粒子数分布图；
[0016]图5是双端泵浦下实施例1和对比例1所得光纤反转粒子数分布图；
[0017]图6是双端泵浦下实施例2和对比例1所得光纤反转粒子数分布图；
[0018]图1中：1
‑
反应管，2
‑
锥形浓度掺杂的疏松层，3
‑
氢氧焰热源，4
‑
纺锤体浓度掺杂的疏松层。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0020]本专利技术的第一方面提供一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，包括如下步骤：
[0021](1)光纤预制棒疏松层分区沉积：采用MCVD方式在反应管内壁分区沉积疏松层，得到分区沉积疏松层的反应管；其中，在分区沉积疏松层的过程中，反应管内腔沿轴向划分为若干加热区域，每一加热区域内，沿轴向温度分布呈单调渐变或者抛物线渐变，在反应管内壁上沉积得到致密度渐变的疏松层，疏松层具有供有源离子附着的网状结构；
[0022](2)溶液浸泡：将分区沉积疏松层的反应管用含有有源离子的溶液浸泡，得到附着有源离子的反应管；
[0023](3)玻璃化和熔融缩棒：将附着有源离子的反应管依次进行玻璃化、熔融缩棒，得到轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒。
[0024]本专利技术中，上述单调渐变指单调上升或单调下降；抛物线渐变指先升后降或先降后升。
[0025]本专利技术通过采用MCVD方式沉积疏松层，并通过控制氢氧焰的温度对反应管进行分区加热，且在每个加热区域内，火焰的温度单调渐变或者抛物线渐变，这样在每个分区中，光纤的疏松层致密度单调渐变或者抛物线渐变，再经过稀土离子溶液浸泡，实现光纤在轴向上掺杂离子浓度的锥形渐变或者纺锤体渐变。该轴向浓度渐变光纤可以使得光纤的吸收系数均匀化，降低了有源工作时温度梯度，从而提高有源光纤横向模式不稳定阈值。
[0026]本专利技术通过分区渐变沉积可以在比较短的距离实现轴向浓度的渐变，在相同长度预制棒的情况下，分区渐变沉积的预制棒拉制出满足浓度渐变的光纤长度更长，出纤率更高。
[0027]光纤预制棒中的疏松层的反应过程如下化学方程式：
[0028]SiCl4+O2＝SiO2+Cl2。
[0029]疏松层的沉积温度低于玻璃烧结的温度，因此疏松层的二氧化硅网络体里面会有
很多微米级小孔，用于承载有源离子。疏松层反应温度的高低决定小孔的数量，一般来说，沉积温度越高，网络结构越紧实，小孔尺寸和密度越小，反之，小孔尺寸和密度越大。
[0030]有源离子掺杂浓度和沉积温度的关系如下：
[0031]α＝α0‑
η*β*(T
‑
T0)；
[0032]其中，α0为起始位置的浓度，β为溶液中有源离子的浓度，T为沉积温度，T0为起始位置的沉积温度，η为经验值。
[0033]本专利技术中，为了便于预制棒拉丝成光纤后寻找到每段渐变掺杂的光纤，可通过烧结端部疏松层的方式，不再掺杂有源离子，这样当光纤注入激光时，该处对应的光纤不会发出荧光，从而能够筛选出渐变掺杂光纤的一端。本专利技术对烧结端部疏松层的方式不做限制，本领域技术人员可以根据需要进行选择。例如，可在划分加热区域之前或得到致密度渐变的疏松层之后，在所述反应管一端的内壁上烧结预设长度的端部疏松层；也可在得到致密度渐变的疏松层过程中，在每一所述加热区域的一端烧结预设长度的端部疏松层。进一步地，烧结的温度为2100～2200℃。
[0034]请参阅图1，在本专利技术的一个实施方式中，沿预设轴向方向，每一所述加热区域的两端顺次设为A点和B点，且加热区域的内腔温度由A点至B点单调递减，以形成锥形掺杂光纤预制棒。进一步地，A点的沉积温度为1900℃～2200℃，更进一步为2100℃～2200℃；B点的沉积温度为1500℃～1900℃。
[0035]更进一步地，分区沉积疏松层的反应管的具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：光纤预制棒疏松层分区沉积：在反应管内壁分区沉积疏松层，得到分区沉积疏松层的反应管；其中，在所述分区沉积疏松层的过程中，反应管内腔沿轴向划分为若干加热区域，每一加热区域内，沿轴向温度分布呈单调渐变或者抛物线渐变，在反应管内壁上沉积得到致密度渐变的疏松层；溶液浸泡：将所述分区沉积疏松层的反应管用含有有源离子的溶液浸泡，得到附着有源离子的反应管；玻璃化和熔融缩棒：将所述附着有源离子的反应管依次进行玻璃化、熔融缩棒，得到轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒。2.根据权利要求1所述轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述光纤预制棒疏松层分区沉积步骤在划分加热区域之前，在所述反应管一端的内壁上烧结预设长度的端部疏松层。3.根据权利要求1所述轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述光纤预制棒疏松层分区沉积步骤在得到致密度渐变的疏松层之后，在所述反应管一端的内壁上烧结预设长度的端部疏松层。4.根据权利要求1所述轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述光纤预制棒疏松层分区沉积步骤在得到致密度渐变的疏松层过程中，在每一所述加热区域的一端烧结预设长度的端部疏松层。5.根据权利要求1所述轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述光纤预制棒疏松层分区沉积过程中，沿预设轴向方向，每一所述加热区域的两端顺次设为A点和B点，且所述加热区域的内腔温度由A点至B点单调递减，以形成锥形掺杂光纤预制棒；所述A点的沉积温度为1900℃～2200℃，所述B点的沉积温度为1500℃～1900℃。6.根据权利要求5所述轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒的制备方法，其特征在于，所述分区沉积疏松层的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：李进延，邢颍滨，王一礴，胡雄伟，徐中巍，
申请(专利权)人：武汉长进激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：