用于光放大器的光纤及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种用于光放大器的光纤及其制造方法，其可应用于Ｓ波段区域（１４３０纳米～１５３０纳米）中的光传输系统。按照本发明专利技术，通过利用ＭＣＶＤ（改进型化学汽相沉积）方法和溶液涂布方法，将硅用作基本材料，并且用于光放大器的光纤在形成于第二核心层的内表面上的第一核心层中含有Ｔｍ↑［３＋］离子和金属离子，由此显著地改善光纤的实用性和生产率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，其能够应用于1430纳米到1530纳米的S波段中的光传输系统，并且本专利技术的目的是，通过利用MCVD(改进型化学汽相沉积)方法和溶液涂布(doping)方法，形成硅基(silica-based)玻璃成分的光纤预制棒(preform)，并且在形成于核心层的内表面上的第一核心层上掺入稀土离子和金属离子，制造出能够在S波段中进行光放大的光纤。
技术介绍
通常，光通信被划分为将电信号变换为光信号的发射机单元；承载光信号的光纤；以及用于将光信号变换为电信号的接收机单元。在光纤(其为承载光信号的无源组件)中，在短波长情况下，光信号被玻璃正离子的电子跃迁所吸收，并且在长波长情况下，光信号被分子振动所吸收。因此只有大约1200纳米到1700纳米范围的光信号可用于光通信。然而，由于杂质的影响，比如玻璃(预制棒)中所含的OH-离子团和过渡金属的影响，只有大约1300纳米波长的波段和接近1550纳米波长的波段可用于光通信。1550纳米波段主要用在长距离传输中，因为硅玻璃光纤的传输损耗是最小的；同时，1300纳米波段主要用于短波长传输，其为硅玻璃光纤的零色射波长区域(John B.MacChensey，David J.DiGiovanni，J.Am.Ceram.Soc.，73，1990年)。然而，硅玻璃光纤吸收光以及传输光。由于该吸收，随着传输距离变长，损耗被积累，并且信号光的强度呈指数衰减。为了放大衰减的信号，用于放大信号的放大器需要在光纤网络中以几十公里的间隔来设置。最初地，对于该类型的放大器，光信号被变换成电信号，然后该信号被放大。但是，由于放大过程中所产生的误差和放大光信号的时间迟延，该方法在实际中是失败的。因此，取代上述的放大方法，用以放大光信号本身而无需转换至电信号的光纤放大器已被积极地研究。对于第一光放大器，研究过一种光放大器，其利用铬酸钡(barium crown)玻璃作为基本材料，并且掺杂有钕(C.J.Koester和E.Snitzer，Appl.Opt.，第3卷，第1182-1186页，1964年)。随后，在20世纪80年代后期，掺铒光纤放大器(EDFA)被开发和商业化，其放大1550纳米波段的波长，硅光纤的信号损耗在该波段是最小的(w.J.Miniscalco，J.Lightwave Technol.，第9卷，第234-250页，1991年)。但是，由于信息传输量的迅速增长，常规的波分复用(WDM)技术中可用的带宽已饱和，因此对于可用于新带宽下的光放大器存在需求。首先，利用增益平移EDFA，可用的波长带宽被扩展到1600纳米波段，该波段具有比1550纳米波段更长的波长。但是，这个波段也已饱和，因此对于可用于另一波长波段中的光放大器存在需求。同时，与1550纳米波段邻近的1480纳米波段是易于达到的。在可用于S波段(1430纳米到1530纳米)下的光放大器中，当前正在研究和开发一种光纤，用于含有Tm3+离子的光放大器。Tm3+从3H4到3F4能级之间的跃迁所发生的荧光具有1480纳米的中心波长，并且使得光放大在S波段中成为可能。然而，利用具有大约1100cm-1的晶格(lattice)振动能量的硅玻璃，难以获得从3H4到3F4能级之间的跃迁所发生的1480纳米荧光，因为Tm3+的3H4和3H5能级(低能级)之间的间隔不大于大约4200cm-1。也就是说，取代从3H4能级到3F4能级之间的跃迁，出现了到达3H5(低能级)的热跃迁(thermaltransition)，其被吸收到玻璃预制棒的晶格振动中。因此，当前研究和开发的目的是，利用具有少量晶格振动能量的氟化物玻璃或硫化物玻璃，获得Tm3+离子从3H4到3F4能级之间的跃迁所发生的1480纳米荧光。作为最近研究的结果，T Kasamatsu公开了一篇论文(“工作于1450-1510纳米波段中的激光(laser)二极管泵式(pumped)高效增益平移掺铒光纤放大器”，IEEE光子学技术期刊，第13卷，No.5，第433-435页，2001年)，其中通过利用氟化物玻璃作为基本材料来获得1480纳米荧光。另外，Y.B.Shin在一篇论文中解释了从氟化物玻璃中产生1480纳米荧光及其机理(“掺杂Tm3+的Ge-As(或Ga)-S玻璃中的多光子和交叉松弛现象”，《非晶态固体杂志》，208，第29-35页，1996年)。作为研究的另一结果，美国专利号6,266,181公开了一种利用亚碲酸盐玻璃作为基本材料的光纤放大器。同时，按照Y.G.Choi在《非结晶固体杂质》，276，第1-7页，2000年中的一篇论文“Dy3+的4f吸收跃迁对掺有Tm3+的亚碲酸盐玻璃的发射频谱的影响”，可获得1480纳米荧光。然而，关于利用氟化物玻璃、硫化物玻璃或亚碲酸盐玻璃的硅基光纤，存在许多困难。换句话说，当非硅基光纤被连接到硅基光纤时，由于它们本身的折射率差异，信号质量被降低，造成信号损耗。此外，由于两种光纤的软化温度的差异，无法应用常规的熔接工艺。而且，由于光纤是通过熔合方法来制造的，所以光纤可能含有杂质，比如OH-离子团和过渡金属，导致光纤中的缺陷。光损耗达到大约200dB/m，并且制造出的光纤由于OH-离子团的渗透而具有低的化学耐受性。这些原因使得难以将其投入实用。
技术实现思路
出于解决前述问题的目的而提出本专利技术，因此本专利技术的目的是，通过利用溶液掺杂方法，以稀土元素和金属离子的混合溶液来涂布核心层，提供一种用于1430纳米到1530纳米的S波段的光纤，该光纤具有低的制造成本并且提供稳定的光特性和便利。此外，本专利技术的另一目的是，通过调整掺杂离子的浓度和折射率的轮廓(profile)，提供一种用于光放大器的光纤，该光纤能够获得高的和稳定的掺杂浓度，并且能够获得恰当的光放大特性。另外，本专利技术的另一目的是，通过克服Tm3+仅在具有低晶格振动能量的氟化物或硫化物玻璃中产生1480纳米波段荧光的问题，提供一种用于在1480纳米波段中进行光放大的光放大器的硅光纤。为了实现上述目的，本专利技术提供一种用于光放大器的光纤，其具有衬底管、包层和核心，包括掺杂有包含Tm3+离子和金属离子等杂质的第一核心层；以及形成于该第一核心层的外表面上和不掺有杂质的第二核心层；其中该光纤含有硅、锗和氟化物作为基本材料，由此该光纤可用于1430纳米到1530纳米波段中的光放大器。此外，提供一种制造按照本专利技术用于光放大器的光纤的方法，包括步骤利用MCVD方法，在硅衬底管中形成包层和第二核心层，以制造该光纤的预制棒；在该第二核心层的内表面上形成第一核心层，其中该第一核心层被部分地烧结，以提供Tm3+离子和金属离子的寄主；以含有Tm3+离子和金属离子的溶液，均匀地涂布该第一核心层；以及使该预制棒崩裂，以获得条状的预制棒，并且将该棒芯拉成具有预定直径的光纤。附图说明图1是示意性表示按照本专利技术用于光放大器的光纤的结构图。图2是示意性表示用于制造按照本专利技术用于光放大器的光纤的方法的流程图。图3是表示Tm3+离子的能级图。图4是表示荧光测定装置的图。图5是荧光频谱。图6是Tm3+离子在从600纳米到850纳米波段范围中的吸收频谱。图7是Tm3+离子在从1150纳米到1250纳米范围中的吸收频谱。具体实施例方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于光放大器的光纤，具有衬底管、包层和核心，其包括：第一核心层，掺杂有含有Ｔｍ↑［３＋］离子和金属离子的杂质；以及第二核心层，形成于该第一核心层的外表面上，未掺有杂质；其中该光纤含有硅、锗和氟化物作为基本材料，其用于１４３０纳米到１５３０纳米波段下的光放大器。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：徐永范，林哉弘，金大原，
申请(专利权)人：LG电线有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]