本发明专利技术公开了半导体稀土掺杂复合多芯光纤及其预制棒、制备方法与应用，属于复合光纤技术领域，其包括位于中部的稀土掺杂纤芯和包覆设置于其外周的石英包层，石英包层中设置有至少一对半导体纤芯；利用稀土掺杂纤芯中稀土离子和共掺物质的组合设置，以及半导体纤芯中半导体材料的对应优选，使得复合多芯光纤既具备稀土掺杂光纤的增益功能，又能兼具半导体光纤的传感功能。本发明专利技术的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，能够实现稀土材料与半导体材料在光纤中的可靠复合，使得光纤既具备增益功能，又能满足热电、压电和/或光电转换的需求，有效提升复合光纤的功能性，提升复合光纤对环境条件变化的感应能力并提高其响应的速率，从而提升复合光纤的功能性。合光纤的功能性。合光纤的功能性。
【技术实现步骤摘要】
半导体稀土掺杂复合多芯光纤及其预制棒、制备方法与应用
[0001]本专利技术属于复合光纤
，具体涉及半导体稀土掺杂复合多芯光纤及其预制棒、制备方法与应用。
技术介绍
[0002]在光器件设备领域中，稀土掺杂光纤在光纤激光器和光纤放大器作为增益介质被广泛的使用和研究，常见的有用于光纤放大器的掺铒光纤和铒镱共掺光纤；用于光纤激光器的掺镱光纤、掺铥光纤和镱钬共掺光纤等。经过几十年的发展，以MCVD、PCVD结合管棒法的稀土掺杂光纤的制备工艺以及相关领域的应用已经相对成熟。
[0003]随着光纤技术的快速发展，功能多样化和组分多样化的光纤开始走向研究的前沿，例如多组分光纤、有机物光纤、半导体光纤和晶体光纤等。功能复合已经成为复合光纤的未来发展方向，也更加契合光纤器件小型化的发展需求。
[0004]近年来，半导体光纤的发展非常迅速，凭借光纤利于小型化的特点，将具有丰富的压电性能、热电性能和光电性能的半导体复合到光纤中，为实现半导体器件的小型化提供了新的解决途径。常用的半导体光纤的制备方法包括熔融纤芯法和毛细管镀膜沉积工艺。
[0005]虽然半导体光纤和稀土掺杂光纤已经取得了一定的应用，但是，对于传统的增益光纤而言，其调控过程通常是利用光纤分束器将部分信号光单独分离出来进行分析，根据分析的结果对增益进行调控。然而，传统光纤对外界环境如压力、温度等作出响应需要较长的时间，所以传统增益光纤不能根据外界环境的改变快速做出调控，无法及时响应，存在一定的应用局限性。
[0006]对此，研究人员考虑将半导体光纤的传感功能和稀土掺杂光纤的增益功能进行复合，以期实现诸如增益实时、及时调控等操作。不过，传统的材料复合方式是将两种材料进行混合，但对于半导体材料和稀土掺杂玻璃而言，不能将两者简单混合再拉制成光纤，这是因为半导体掺杂进入光纤纤芯中会造成光纤损耗剧增，从而影响光纤传输性能和增益。也正因如此，如何实现半导体光纤与稀土掺杂光纤的有效复合成为了困扰业内的技术难题，也一定程度上限制了复合光纤的应用与发展。
技术实现思路
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了半导体稀土掺杂复合多芯光纤及其预制棒、制备方法与应用，能够实现半导体材料、稀土元素在复合多芯光纤中的复合设置，使得复合多芯光纤能够同时发挥两种材料的特性，实现复合光纤的实时增益和及时调控，提升复合光纤的功能性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个方面，提供一种半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其包括位于中部的稀土掺杂纤芯和包覆设置于该稀土掺杂纤芯外周的石英包层；所述石英包层中设置有至少一对半导体纤芯；每对所述半导体纤芯中的两半导体纤芯以所述稀土掺杂纤芯对称设置；且
所述至少一对半导体纤芯中包括压电半导体纤芯、热电半导体纤芯和光电半导体纤芯中的至少一种；以及所述稀土掺杂纤芯为掺杂有稀土离子和共掺物质的SiO2芯层；所述稀土离子为Er
3+
、Yb
3+
、 Tm
3+
和Ho
3+
中的一种或多种；所述共掺物质为Al2O3、P2O5、CeO2、Nb2O5中的一种或多种。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述稀土离子的百分比浓度范围为：Yb2O3: 0.2～1.4mol%；Er2O3: 0.02～0.1mol%；Tm2O3: 0.05～0.5mol%；Ho2O3: 0.02～0.1mol%；所述共掺物质的百分比溶度范围为：Al2O3: 1～15mol%；P2O5: 1～13mol%；CeO2: 1～6mol%；Nb2O5:5～20mol%作为本专利技术的进一步改进，所述至少一对半导体纤芯中的半导体材料为ZnO、CdTe、GaAs、ZnTe、Bi2Te3、SiGe、Si、Ge中的一种或多种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述半导体纤芯与所述稀土掺杂纤芯表面之间的径向距离介于稀土掺杂纤芯半径的2～10倍之间；和/或所述稀土掺杂纤芯的直径为3～20μm，所述半导体纤芯的直径为10～50μm；和/或所述光纤包层直径为100～400μm，所述光纤涂覆层的直径为200～700μm。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述石英包层中包含至少两对不同类型的半导体纤芯，且相邻两不同半导体类型半导体纤芯之间的界面间距不小于任一半导体纤芯直径的1/10。
[0012]本专利技术的另一个方面，提供一种预制棒，用于制备所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其包括石英套管和嵌设于该石英套管中部的稀土掺杂芯棒；所述石英套管为预制的管状结构或者由石英棒在中心钻孔而成，所述稀土掺杂芯棒嵌设于所述套管中部的嵌设孔中；且所述石英套管的一端端面上沿套管轴向开设有至少一对填充孔；每对填充孔中的两孔相对所述嵌合孔对称设置，且两填充孔中分别填充有相同的半导体材料；所述石英套管中所述嵌设孔、所述填充孔的开设位置和开设尺寸与所述复合多芯光纤中稀土掺杂纤芯、半导体纤芯的形成位置和形成尺寸对应，相当于所述预制棒的断面结构由所述复合多芯光纤的断面结构以特定比例放大而成。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述预制棒的一端拉锥为锥形结构，并在该预制棒的另一端设置有抽真空堵头。
[0014]本专利技术的另一个方面，提供一种半导体稀土掺杂复合多芯光纤的制备方法，用于所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤的制备，其包括如下步骤：
S1：制备稀土掺杂芯棒备用；S2：根据复合多芯光纤的设计参数，选用相应尺寸的石英套管或者石英棒；在石英套管的一端端面上沿轴向开设用于嵌设半导体材料的填充孔；或者，在石英棒的中心开设用于嵌设稀土掺杂芯棒的嵌设孔以及在该嵌设孔的外周开设用于填充半导体材料的填充孔；S3：将所述稀土掺杂芯棒插入所述石英套管或者所述石英棒的中心开孔中；同时，将对应组分的半导体材料粉末填充至相应的填充孔中，或者，将压制成型的对应半导体芯棒嵌设至相应的填充孔中；S4：在石英套管或者石英棒的一端设置抽真空堵头，以使得各孔封闭，进而形成一整体式的预制棒S5：将成型后的预制棒置于光纤拉丝塔上，通过1700～2000℃拉丝制成半导体稀土掺杂复合多芯光纤。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，在步骤S1中，所述稀土掺杂芯棒的制备方法为：通过选用相应尺寸的石英管，并在石英管中以MCVD法或者PCVD法制备稀土物质、共掺物质的混掺芯棒，并在制备后腐蚀为对应尺寸备用；或者通过熔融淬冷工艺将纯SiO2材料、稀土物质、共掺物质加工成多组分玻璃芯棒，并将其打磨成对应尺寸后备用。
[0016]本专利技术的另一个方面，提供一种光纤器件，该光纤器件包括所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤。
[0017]上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：（1）本专利技术的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其包括位于中部的稀土掺杂纤芯和包覆设置于其外周的石英包层，石英包层中设置有至少一对半导体纤芯，且每对半导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于，包括位于中部的稀土掺杂纤芯和包覆设置于该稀土掺杂纤芯外周的石英包层；所述石英包层中设置有至少一对半导体纤芯；每对所述半导体纤芯中的两半导体纤芯以所述稀土掺杂纤芯对称设置；且所述至少一对半导体纤芯中包括压电半导体纤芯、热电半导体纤芯和光电半导体纤芯中的至少一种；以及所述稀土掺杂纤芯为掺杂有稀土离子和共掺物质的SiO2芯层；所述稀土离子为Er
3+
、Yb
3+
、 Tm
3+
和Ho
3+
中的一种或多种；所述共掺物质为Al2O3、P2O5、CeO2、Nb2O5中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于，所述稀土离子的百分比浓度范围为：Yb2O3: 0.2～1.4mol%；Er2O3: 0.02～0.1mol%；Tm2O3: 0.05～0.5mol%；Ho2O3: 0.02～0.1mol%；所述共掺物质的百分比溶度范围为：Al2O3: 1～15mol%；P2O5: 1～13mol%；CeO2: 1～6mol%；Nb2O5: 5～20mol%。3.根据权利要求1所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于，所述至少一对半导体纤芯中的半导体材料为ZnO、CdTe、GaAs、ZnTe、Bi2Te3、SiGe、Si、Ge中的一种或多种。4.根据权利要求1~3中任一项所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于，所述半导体纤芯与所述稀土掺杂纤芯表面之间的径向距离介于稀土掺杂纤芯半径的2~10倍之间；和/或所述稀土掺杂纤芯的直径为3~20μm，所述半导体纤芯的直径为10～50μm；和/或所述石英包层直径为100～400μm，所述光纤涂覆层的直径为200～700μm。5.根据权利要求1~3中任一项所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于，所述石英包层中包含至少两对不同类型的半导体纤芯，且相邻两不同半导体类型半导体纤芯界面之间的间距不小于任一半导体纤芯直径的1/10。6.一种预制棒，用于制备权利要求1~5中任一项所述的半导体稀土掺杂复合多芯光纤，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：蓝碧蛟，钟力，汪松，杨晨，罗杰，
申请(专利权)人：湖北光谷实验室，
类型：发明
国别省市：
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