一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤及其应用制造技术

本发明专利技术提出了一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，包括从内至外的内芯层、外芯层以及包层；所述内芯层、外芯层以及包层呈同心圆分布，且内芯层中掺杂铒离子，外芯层中掺杂铒离子和镱离子；本发明专利技术实施例的内芯层、外芯层、包层呈同心圆分布，且内芯层为铒离子掺杂，外芯层为铒镱离子共掺杂，内芯层与外芯层具有不同组分和不同浓度的掺杂离子层，通过调整内芯层与外芯层掺杂离子种类和比例，进而使得镱离子与铒离子之间发生作用效应，在不牺牲高增益模式的增益性能基础上提升低增益模式的增益性能，不仅可以实现多模式下更高效率的激发铒离子，而且各模式增益趋于一致，有利于在光模分复用和波分复用系统中的应用。分复用和波分复用系统中的应用。分复用和波分复用系统中的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤及其应用


[0001]本专利技术涉及通信光纤
，尤其涉及一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤及其应用。

技术介绍

[0002]随着5G的发展，万物互联时代到来，全球用户使用流量正以每年40％的增速迅速增长。目前，单模光纤通信技术受非线性效应的限制，已趋近香农理论极限，如何应对未来通信容量需求成为亟待解决的问题。少模光纤通过在一个纤芯中同时传输多个模式，大大增加了单芯光纤的传输容量。因此，基于少模光纤的模分复用技术可为未来光纤容量增长提供新的复用维度，被认为是解决未来通信需求和传输能力的关键技术之一。
[0003]其中，少模掺铒光纤放大器在长距离通信中对信号进行中继和放大，其增益介质少模掺铒光纤是光纤通信系统中最为关键的器件之一。受传输过程中不同模式间的传输损耗及少模放大器增益补偿各不相同的影响，各个模式信号之间存在功率差异，且随着传输距离不断累积，最终影响传输信号的质量与距离。因此，在优化增益(Gain)之外，对模间增益差(Differential Modal Gain,DMG)进行控制，实现少模掺铒光纤及其放大器的增益均衡尤为关键。
[0004]研究人员对少模掺铒光纤进行设计大多数都是通过以下策略：1)将光纤设计成环芯掺杂以减少模间增益差，但这类光纤存在与现有通信系统中传输光纤失配的问题，容易造成较大的连接损耗。2)在现有设计下优化泵浦光场，以均衡不同模式的泵浦光场与信号光场重叠程度，但该方式对泵浦光源提出更高的要求且需要更高的成本，同时在多个模式同时工作时效果不佳。3)在现有技术下基于纯掺铒光纤提出多层掺杂环，
[0005]如专利(公开号CN 112099128 A)提出将纤芯分为三层环进行掺杂，来降低各个模式的功率填充因子差值，实现增益均衡。如专利(公开号CN 112099129A)提出利用中心空气孔和纤芯分层掺杂相结合，抑制高阶模的产生以降低各个模式之间的增益差值。
[0006]但上述方法均是以牺牲高增益模式的增益性能来配合低增益模式的增益性能的效果来实现，且在单一掺杂方式下掺杂层数过多会导致工艺制备难度大、芯层折射率变化从而影响光纤中传播的模式，并且对于泵浦方式来说，由于不同层中铒离子掺杂分布差距大，对其进行高经济效益的包层泵浦时，实现多模式下更高效率的激发铒离子较为困难。
[0007]鉴于此，实有必要提供一种新型的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤及其应用以克服上述缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，通过调整纤芯层掺杂离子种类和比例使得镱离子与铒离子之间发生作用效应，在不牺牲高增益模式的增益性能基础上提升低增益模式的增益性能，不仅可以实现多模式下更高效率的激发铒离子，而且各模式增益趋于一致。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，包括从内至外的内芯层、外芯层以及包层；所述内芯层、外芯层以及包层呈同心圆分布，且内芯层中掺杂铒离子，外芯层中掺杂铒离子和镱离子。
[0010]优选的，所述内芯层和所述包层的折射率之差为1.0
±
0.05％；所述外芯层和所述包层的折射率之差为1.0
±
0.5％。
[0011]优选的，所述内芯层与所述外芯层的铒离子掺杂浓度比为(0.31
±
0.05)：(1
±
0.05)，所述外芯层中铒离子与镱离子掺杂浓度比为(0.06
±
0.05)：(1
±
0.15)。
[0012]优选的，所述内芯层的半径r1与所述外芯层的半径r2比例为(0.84
±
0.05)：(1
±
0.05)；所述内芯层的半径r2为7.2μm
‑
8μm。
[0013]优选的，所述包层为石英材质，包层的半径r3为40μm
‑
62.5μm，所述包层为圆形或正多边形中的一种。
[0014]优选的，所述包层的外表面可以涂覆有固化胶层，固化胶层与包层的折射率之差为
‑
3.74
±
0.2％。
[0015]优选的，所述外芯层分为两层，由内至外依次为第一掺杂外芯层和第二掺杂外芯层，所述第一掺杂外芯层与第二掺杂外芯层的折射率之差为
‑
0.4
±
1％。
[0016]优选的，所述第一掺杂外芯层和第二掺杂外芯层的半径比例为(0.84
±
0.04)：(1
±
0.05)。
[0017]一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的应用，用于光纤通信C波段和L波段光纤中的通信。
[0018]与现有技术相比，有益效果在于，本专利技术实施例的内芯层、外芯层、包层呈同心圆分布，且内芯层为铒离子掺杂，外芯层为铒镱离子共掺杂，内芯层与外芯层具有不同组分和不同浓度的掺杂离子层，通过调整内芯层与外芯层掺杂离子种类和比例，进而使得镱离子与铒离子之间发生作用效应，在不牺牲高增益模式的增益性能基础上提升低增益模式的增益性能，不仅可以实现多模式下更高效率的激发铒离子，而且各模式增益趋于一致，有利于在光模分复用和波分复用系统中的应用。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1为本专利技术提供的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的第一实施例的结构示意图图。
[0021]图2为本专利技术提供的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的第二实施例的结构示意图。
[0022]图3为图1所示的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的应用实施例的示意图。
[0023]图4为图1所示的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的另一种应用实施例的示意图。
[0024]图5为图4所示的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤的另一种应用实施例的性能
谱线图。
[0025]附图标记：1、内芯层；2、外芯层；201、第一掺杂外芯层；202、第二掺杂外芯层；3、包层。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。
[0027]需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0028]还需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，其特征在于，包括从内至外的内芯层(1)、外芯层(2)以及包层(3)；所述内芯层(1)、外芯层(2)以及包层(3)呈同心圆分布，且内芯层(1)中掺杂铒离子，外芯层(2)中掺杂铒离子和镱离子。2.如权利要求1所述的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，其特征在于，所述内芯层(1)和所述包层(3)的折射率之差为1.0
±
0.05％；所述外芯层(2)和所述包层(3)的折射率之差为1.0
±
0.5％。3.如权利要求1所述的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，其特征在于，所述内芯层(1)与所述外芯层(2)的铒离子掺杂浓度比为(0.31
±
0.05)：(1
±
0.05)，所述外芯层(2)中铒离子与镱离子掺杂浓度比为(0.06
±
0.05)：(1
±
0.15)。4.如权利要求1所述的基于分层掺杂的增益均衡掺铒光纤，其特征在于，所述内芯层(1)的半径r1与所述外芯层(2)的半径r2比例为(0.84
±
0.05)：(1
±
0.05)；所述内芯层(1)的半径r2为7.2μm
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚应波，王一礴，
申请(专利权)人：武汉长进先烽光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：