【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤制备，应用于掺镱石英光纤中，具体为一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法。
技术介绍
1、光纤通常由高折射率的纤芯和低折射率的包层构成，利用光的全反射原理，使得光可以在纤芯中稳定传输。依据发光特性的不同，光纤可分为有源光纤和无源光纤。有源光纤一般掺杂有稀土元素，主要用于光纤激光器的激光增益材料；无源光纤主要以掺锗光纤为主，主要用于通信光纤和光纤激光器的传能光纤。
2、改进的气相沉积(mcvd)工艺是稀土掺杂光纤预制棒的主要制备方法。mcvd工艺通过将掺杂离子沉积在石英管内壁，经过高温烧结和塌缩过程形成光纤预制棒。此工艺下的光纤纤芯中可能会含有易挥发性元素。例如，对于在高功率工业激光器中广泛应用的掺镱光纤，为了抑制光暗化效应，一般还掺杂有易挥发的磷元素。在超过2000℃的高温塌缩过程中，纤芯中掺杂的p2o5由于升华温度低，会大量挥发，使得纤芯中心区域的磷元素含量较低。此外，磷元素在挥发过程中，也会带走部分镱元素。
3、磷元素和镱元素的挥发使得光纤纤芯中心区域的掺杂含量更低，导致其折射率更低，从而形成了折射率中心凹陷的现象；现有技术中掺镱石英光纤的折射率中心凹陷可参看图2的测量结果示意，组分中心凹陷可分别参看图3和图4的测量结果示意。
4、对于阶跃型光纤，折射率中心凹陷偏离了光纤的折射率结构设计，改变了激光在光纤中的传输特性，因而降低了激光的光束质量。纤芯中心凹陷区域的磷、镱的组分配比也偏离了光纤的组分设计，降低了光纤的光暗化抑制能力，因此在高功率条件下易产生光暗化效应。此外，
5、为了降低由于挥发性元素引起的折射率中心凹陷对光纤性能的影响，本领域技术人员开发了多种抑制折射率中心凹陷的方法，主要为以下几种：
6、1、磷补偿；由于越靠近石英管内表面，磷元素的挥发性越强，因此在沉积过程中，逐渐增大磷元素的掺杂含量，使得挥发速度快的表面的磷掺杂浓度更高，从而对磷元素的挥发进行补偿，降低磷元素挥发形成的折射率中心凹陷区域的深度。此外，还可以在高温塌缩过程中，通入含磷气氛(例如pocl3和p2o5)，通过增大自由气氛中的磷元素浓度，降低掺杂区域磷元素的挥发速度。
7、2、刻蚀；通入含氟气体(例如sf6和c2f6)，使得含氟气体与沉积的掺杂石英层反应，形成sif4和p2o5等气态化合物排除沉积管外。
8、3、通过增大纤芯沉积面积的方式，降低光纤的中心凹陷区域占比。此外，以上3种方法在现有技术中也常常结合使用。
9、上述现有方法主要采用化学反应方式来抑制折射率中心凹陷，但均具有其局限性问题。在mcvd工艺的塌缩过程中进行磷补偿，虽然可以一定程度上降低折射率中心凹陷的深度，但磷掺杂浓度和磷气氛浓度难以精确控制，使得补偿后的磷掺杂浓度难以和未挥发区域保持一致。
10、使用含氟气体将中心凹陷区域刻蚀，虽然可以有效降低折射率中心凹陷的宽度，但掺镱石英光纤的刻蚀产物不仅包含了sif4和p2o5等气态化合物，还包含了yb2o3固态化合物，刻蚀形成的yb2o3难以排除管外，在石英管内壁残留的yb2o3成为石英光纤纤芯的析出相，严重降低了光纤的激光传输性能。而由于mcvd工艺制备的光纤预制棒的纤芯通常不超过4mm，通过增大纤芯掺杂面积的方式来降低折射率中心凹陷的效果也十分有限。因此，本领域技术人员有必要以新的思路去抑制掺镱光纤的折射率中心凹陷。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中的现状，本专利技术的目的是解决现有方法在抑制掺镱石英光纤的折射率中心凹陷时存在的多种局限性问题；本专利技术创造性的通过物理钻孔方式来抑制光纤折射率中心凹陷，能精确定位去除中心凹陷区域，同时具有适用性广和可多次重复处理的优点，进一步改善了光纤预制棒的性能。
2、本专利技术采用了以下技术方案来实现目的：
3、一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，所述方法包括如下步骤：
4、s1、制备获得光纤预制棒，对其进行折射率分布测量或组分分布测量，得出折射率中心凹陷测量值；
5、s2、依据折射率中心凹陷测量值，对光纤预制棒进行钻孔操作，以去除折射率中心凹陷测量值对应的折射率中心凹陷区域；
6、s3、钻孔操作完成后，得到中空光纤预制棒，对其进行清洗；
7、s4、清洗完成后，对中空光纤预制棒进行高温塌缩，得到处理后的光纤预制棒；
8、s5、对处理后的光纤预制棒进行折射率分布测量或组分分布测量，得出处理后的折射率中心凹陷测量值；若处理后的折射率中心凹陷测量值满足控制要求，即完成折射率中心凹陷的抑制处理。
9、进一步的，步骤s5中，若处理后的折射率中心凹陷测量值不满足控制要求，则对处理后的光纤预制棒再次进行新一轮步骤s2至步骤s5的处理过程，直至新得到的光纤预制棒满足控制要求。
10、具体的，步骤s1中，折射率中心凹陷测量值包括光纤预制棒的折射率中心凹陷直径。
11、优选的，步骤s2中，首先将光纤预制棒进行精确对中，然后采用非接触式激光钻孔方式或接触式机械钻孔方式，对光纤预制棒进行钻孔操作。其中，非接触式激光钻孔作为本专利技术建议的优选方式，可降低钻孔过程中对纤芯掺杂区域的污染。
12、优选的，钻孔操作中，采用的钻孔直径，与测量得到的折射率中心凹陷直径相同。这一方式可实现折射率中心凹陷区域的精确去除，避免折射率中心凹陷区域未完全去除，或是去除过多导致减小了掺杂区域面积的情况。
13、综上所述，由于采用了本技术方案，本专利技术的有益效果如下：
14、传统的折射率中心凹陷抑制方法，由于中心凹陷区域的掺杂元素难以与未挥发区域保持一致，因此中心凹陷区域的折射率并不平整；这一现象对大规模商业应用的铝磷镱掺杂石英光纤更甚。在铝磷镱掺杂石英光纤中，单独掺杂铝和磷均会引起光纤的折射率升高，但铝和磷按照1比1进行等量掺杂时，折射率不仅不会升高，反而会略微降低。因此，大规模应用的掺镱石英光纤主要按照铝磷等量掺杂的方式进行组分设计。然而，由于铝和磷的挥发速度不同，且磷补偿方法难以对实际掺杂的磷含量进行精确控制，使得中心凹陷区域的铝和磷大幅偏离1比1的比例，导致中心凹陷区域出现折射率的剧烈波动，从而降低了掺镱石英光纤的激光性能。
15、与上述的传统方法相比，本专利技术主要采用物理方式将光纤的折射率中心凹陷部分完全去除，留下的是未挥发区域的理想掺杂部分，因此不存在上述的中心凹陷区折射率分布剧烈波动的情况。
16、本专利技术方法中，由于抑制方式的物理特性，因此对于掺杂体系和掺杂元素无要求，具有更广的适应性；传统方法是化学抑制方式，需依据掺杂元素的不同，选择不同的处理气氛。
17、本专利技术属于一种后处理方法，因此可以对已经制备成型的光纤预制棒进行处理；而传统方法无法对已经成型的光纤预制棒进行处理。
18、本专利技术方法可以进行多次重复处理，直至最本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤S5中，若处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷测量值不满足控制要求，则对处理后的光纤预制棒进行新一轮步骤S2至步骤S5的处理过程，直至新得到的光纤预制棒满足控制要求。
3.根据权利要求2所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤S5中，依据处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷测量值，观察处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷是否满足控制要求；依据判断结果，完成抑制处理过程或进行新一轮的钻孔处理过程。
4.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤S1中，所述光纤预制棒掺杂有镱元素和磷元素；使用MCVD工艺完成光纤预制棒的制备，在中空石英管的塌缩工艺过程中通入含磷气氛。
5.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤S1中，折射率中心凹陷测量值包括光纤预制棒的折射率中心凹陷直径。
<...【技术特征摘要】
1.一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤s5中，若处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷测量值不满足控制要求，则对处理后的光纤预制棒进行新一轮步骤s2至步骤s5的处理过程，直至新得到的光纤预制棒满足控制要求。
3.根据权利要求2所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤s5中，依据处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷测量值，观察处理后的光纤预制棒的折射率中心凹陷是否满足控制要求；依据判断结果，完成抑制处理过程或进行新一轮的钻孔处理过程。
4.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤s1中，所述光纤预制棒掺杂有镱元素和磷元素；使用mcvd工艺完成光纤预制棒的制备，在中空石英管的塌缩工艺过程中通入含磷气氛。
5.根据权利要求1所述的一种掺镱石英光纤折射率中心凹陷的抑制方法，其特征在于：步骤s1中，折射率中心凹陷测量值包括光纤预制棒的折射率中心凹陷直径。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：张立华，代江云，沈昌乐，朱源，游云峰，高聪，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：
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