一种三包层铒镱共掺光纤及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种三包层铒镱共掺光纤及其制备方法与应用，包括由内至外依次排布的纤芯、锗环、内包层石英层、外包层掺氟石英层和涂层，且折射率由内至外依次递减且呈阶跃折射率分布，纤芯与锗环之间的数值孔径不大于0.1，外包层与内包层之间的数值孔径大于0.46，光纤纤芯共掺杂有摩尔百分比为0.01mol%~0.02mol%的铒，1.0mol%~2.0mol%的镱、10mol%~15mol%的磷，该共掺光纤耐高温性能好、能量利用率高。能量利用率高。能量利用率高。

【技术实现步骤摘要】
一种三包层铒镱共掺光纤及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及光纤领域，尤其是涉及一种三包层铒镱共掺光纤及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着无人驾驶技术的不断发展，车载激光雷达开始进入飞速发展阶段，人们对于车载激光雷达的精度、环境抗干扰能力、探测距离有了更高要求。光纤激光器由于其单脉冲能量高、光束质量好、探测距离远等特点，开始成为激光雷达用光源的首要选择。增益光纤作为影响光纤激光器性能好坏最重要的因素，一直是人们致力于改进激光器性能的切入点。而铒镱共掺光纤产生的1550nm激光具有处于“人眼安全”范围、大气传输损耗低等特点，使其成为人们一直改进和优化的对象。
[0003]通常情况下，为了满足成本要求，均会采用9xx nm波长激光器作为泵浦源来泵浦产生1550nm激光，由于极高的量子亏损，铒镱共掺光纤在进行能量转换时会产生极高的热效应，过高的热量会对原先双包层光纤的聚丙烯酸脂涂层造成损伤，从而泄露泵浦光导致能量转换率降低，提高使用成本，甚至如果操作不当也会危害到系统安全。因此，需提供一种耐高温的车载激光雷达用铒镱共掺光纤以克服相关技术中的不足。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种三包层铒镱共掺光纤及其制备方法与应用，耐高温性能好、能量利用率高。
[0005]为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：第一方面，本申请提供一种三包层铒镱共掺光纤，包括由内至外依次排布的纤芯、锗环、内包层、外包层和涂层，内包层为石英层，外包层为掺氟石英层，纤芯、锗环、内包层、外包层的折射率依次递减且呈阶跃折射率分布，锗环的折射率为1.470~1.475，纤芯与锗环之间的数值孔径不大于0.1，外包层与内包层之间的数值孔径大于0.46，光纤纤芯共掺杂有摩尔百分比为0.01mol%~0.02mol%的铒，1.0mol%~2.0mol%的镱、10mol%~15mol%的磷。
[0006]优选的，锗环与内包层之间还包括组分为SiO2‑
P2O5‑
F复合物的阻挡层。
[0007]优选的，内包层的截面呈八边形结构。
[0008]优选的，纤芯的直径为5~50μm，锗环的直径为12.5~125μm，内包层的对侧间距100~650μm，外包层的直径为125~700μm。
[0009]优选的，锗环直径为纤芯直径的2.5倍。
[0010]第二方面，本身请提供一种三包层铒镱共掺光纤的制备方法，包括以下步骤：S1.利用MCVD工艺在石英反应管内壁依次沉积阻挡层、锗环层、疏松层；S2.将内壁依次沉积有阻挡层、锗环层、疏松层的石英反应管浸泡于含有Er
3+
和Yb
3+
的掺杂溶液中，并吸收Er
3+
和Yb
3+
；S3.将步骤S2中得到的石英反应管进行玻璃化缩棒，并打磨至八边形，形成带有内
包层的光纤预制棒；S4.将带有内包层的光纤预制棒套入掺氟石英玻璃管后，烧实缩棒，得到光纤预制棒；S5.拉制光纤预制棒后，涂覆涂层，即得三包层铒镱共掺光纤。
[0011]优选的，步骤S2及步骤S3之间还包括将反应管置于氮气中吹干。
[0012]优选的，沉积锗环层的具体步骤为，在1800~1900℃下，于内壁沉积有阻挡层的石英反应管内通入四氯化锗、三氯氧磷，得到锗环层。
[0013]优选的，沉积疏松层的具体步骤为，在1400~1600℃下，在内壁依次沉积有阻挡层、锗环层的石英反应管内通入四氯化硅、三氯氧磷及氧气，通过反向沉积，得到疏松层。
[0014]第三方面，本申请提供一种三包层铒镱共掺光纤在1.5μm车载激光雷达中的应用。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过在纤芯外壁依次设置锗环、内包层、外包层和涂层，提高光纤的温度承受能力，当光纤温度升高时，泵浦光依然会在内包层石英层和外包层掺氟石英层间进行全反射，低折射率涂层的损伤不会影响激光器的性能，提高了激光器的能量利用率和安全性能，降低了光纤热效应对系统的危害，提高了车载激光雷达的耐高温及能量利用率；另外，本方案的同时，铒镱共掺光纤在纤芯外围增加了一圈高折射率锗环，纤芯与内包层间尽可能保持低NA状态，使光纤趋于单模运转，提高了激光输出质量；通过对纤芯内铒镱掺杂比例的调整，优化光纤对泵浦的吸收，降低光纤的热效应，提高了能量转化效率。
附图说明
[0016]图1为本方案的三包层铒镱共掺光纤的横截面示意图；图2为本方案的三包层铒镱共掺光纤折射率剖面图；图3为是本方案的三包层激光雷达用铒镱共掺光纤涂层温度与输出功率关系对比图；图4为对比例中双包层铒镱共掺光纤经特殊散热处理后的涂层温度与输出功率关系对比图。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。
[0018]术语定义如本文所用，“MCVD”是指“改良的化学气相沉积法”，其工艺是从基管的一头由载气将待反应的原料载带入基管，在基管外面用燃烧器加热，间接加热基管内的反应原料，生产玻璃体，沉积在基管内壁的过程，基管即为本申请中的石英反应管。
[0019]如本文所用，“反向沉积”是指沉积时主灯移动方向（即氢氧焰移动方向）与气相原料运动方向相反。
[0020]基于以上定义，本申请的实施例提供一种三包层铒镱共掺光纤，如图1所示，包括
由内至外依次排布的纤芯1、锗环2、内包层3、外包层4和涂层5，即纤芯的外壁与锗环内壁贴合，锗环被内包层所包覆，内包层由外包层所包覆，外包层外表面涂覆有涂层，内包层为石英层，外包层为掺氟石英层，锗环紧贴于纤芯，纤芯、锗环、内包层、外包层的折射率依次递减且呈阶跃折射率分布，折射率分布为纤芯大于高折射率锗环，高折射率锗环大于内包层石英包层，内包层石英包层大于外包层掺氟石英层，本申请的三包层铒镱共掺光纤的折射率分布如图2所示，其中，n1为纤芯折射率，n2为锗环折射率，n3为内包层即石英包层折射率，n4为外包层即掺氟石英层折射率，锗环为高折射率锗环，涂层为低折射率涂层，例如聚丙烯酸树脂，折射率为1.442，锗环的折射率为1.470~1.475，纤芯与锗环之间的数值孔径不大于0.1，外包层与内包层之间的数值孔径大于0.46，光纤纤芯是以SiO2为基质，共掺杂有摩尔百分比为0.01mol%~0.02mol%的铒，1.0mol%~2.0mol%的镱、10mol%~15mol%的磷。
[0021]本方案中，以掺氟石英层作为外包层的优势在于，其折射率相对内包层较低，且相比利用掺硼的方式来降低折射率来说，其制备工艺更简单；将三包层铒镱共掺光纤应用于1.5μm车载激光雷达中，因包层光在双包层光纤中，会在外包层和低折射率涂层间进行全反射，从而导致涂层温度较高进而损伤涂层，而三包层光纤为外包层掺氟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三包层铒镱共掺光纤，其特征在于，包括由内至外依次排布的纤芯、锗环、内包层、外包层和涂层，所述内包层为石英层，所述外包层为掺氟石英层，所述纤芯、锗环、内包层、外包层的折射率依次递减且呈阶跃折射率分布，所述锗环的折射率为1.470~1.475，所述纤芯与锗环之间的数值孔径不大于0.1，所述外包层与所述内包层之间的数值孔径大于0.46，所述纤芯以SiO2为基质，共掺杂有摩尔百分比为0.01mol%~0.02mol%的铒，1.0mol%~2.0mol%的镱、10mol%~15mol%的磷。2.根据权利要求1所述的三包层铒镱共掺光纤，其特征在于，所述锗环与所述内包层之间还包括组分为SiO2‑
P2O5‑
F复合物的阻挡层。3.根据权利要求1所述的三包层铒镱共掺光纤，其特征在于，所述内包层的截面呈八边形结构。4.根据权利要求3所述的三包层铒镱共掺光纤，其特征在于，所述纤芯的直径为5~50μm，所述锗环的直径为12.5~125μm，所述内包层的对侧间距100~650μm，所述外包层的直径为125~700μm。5.根据权利要求4所述的三包层铒镱共掺光纤，其特征在于，所述锗环的直径为纤芯的直径的2.5倍。6.一种如权利要求1所述的三包层铒镱共掺光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.利用MCVD工艺在石英反应管内壁依次沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长波，王一礴，王顺，
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：