一种多层掺稀土离子环芯光纤，该光纤中心为硅芯区（１）、硅芯区（１）外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯（４１）．．．第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ），２≤Ｎ≤１０，第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ）的外边分布外包层（３）；第一掺稀土离子环芯．．．第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ）、外包层（３）之间由内到外分布为第一硅环芯（２１）．．．第Ｋ硅环芯（２Ｋ），０≤Ｋ≤Ｎ；第一掺稀土离子环芯．．．第Ｎ掺稀土离子环芯的折射率相等，第一硅环芯．．．第Ｋ硅环芯、硅芯区的折射率相等，硅芯区低于Ｎ个掺稀土离子环芯的折射率；外包层的折射率低于硅芯区的折射率。该光纤能放大多波段的信号光放大或自组织相干合束，具有高泵浦效率，高抗热能力，结构紧凑等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。
技术介绍
掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd， Sm， Ho， Er， Pr， Tm， Yb等)离子 光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。 每种稀土元素的吸收截面与发射截面都不相同，导致对应光纤的工作波长也 不一样。例如，掺钕光纤工作波长为1000-1150nm，1320-1400nm;掺铒光纤工作波长 550nm， 850nm， 980-1000nm， 1500-1600nm， 1660nm， 1720nm， 2700nm ;惨镱光纤工作波长为 970-1040nm ;掺钍光纤工作波长为455nm，480nm，803-825nm， 1460-1510nm， 1700-2015nm， 2250-2400nm ;掺镨光纤工作波长为490nm， 520nm， 601-618nm， 631-641nm， 707-725nm， 880-886nm，902-916nm， 1060-1110nm， 1260-1350nm ;掺钬光纤工作波长为550nm， 753nm， 1380nm，2040-2080nm，2900nm。掺钐光纤工作波长为651nm，掺不同的玻璃基质的稀土离 子，其增益带宽与性质也有差异。例如纯硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波 谱宽为7. 94nm，而铝磷硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波谱宽为43. 3nm[W. J. Miniscalco. Optical andelectronic properties of rare—earth ions in glasses in rare—earth doped fiber lasers andamplifier. New York :Marcel Dekker. 2001，pp : 17-112]。现有的纤或者为单掺稀土的，或者为双掺稀土。即使是双掺稀土光纤，也是利用两 种掺稀土元素对泵浦源的吸收截面不同，以及两种距离很近的元素能级相互作用，实现一 种掺稀土元素吸收泵浦功率，另一种元素受激放大的目的，如铒镱共掺光纤。因此，现有的 光纤放大信号带宽通常只有几十nm，当要放大不同的波长信号，且波长间隔超过lOOnm时， 就需要分别配置不同的光纤，再进行信号合并，结构复杂且成本很局。 2002年5月国际电信联盟ITU-T组织将光纤通信系统光波段划分如下O波段(原 始波段)为1260-1360nm， E波段(扩展波段)为1360_1460nm ;S波段(短波长波段)为 1460-1530nm，C波段(常规波段)为1530_1565nm ;L波段(长波长波段)为1565_1625nm ; U波段(超长波长波段)为1625-1675nm。 实现研究表明，制作C波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为2. 5米，而制作L 波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为10米。[傅永军简伟郑凯等.铋镓铝共掺的高浓 度掺铒光纤及放大器.光电子技术.2007,27(1) :17-19]。显然，要同时实现C波段与L波 段的信号的放大，仅仅采用一根掺铒光纤是无法实现的。 现有的光纤能放大的信号光仅仅为单波段的信号光，带宽通常只有几十nm。现有 实现多波段信号光的器件中，需要先将信号光分波处理为单个波段信号光，然后对单个波 段信号光分别配置对应的掺稀土离子类型的光纤，最后将放大的单个波段信号光进行合波 处理，结构复杂、引入的插入损耗大、分立元件多，可靠性差、对环境敏感且成本很高。 光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过lkW的单模激光， 而且实现这种激光需要严格的条件，难以工程应用；但是随着激光技术应用的发展，以及 材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量、高强度 和超亮度的激光，要求单模输出功率达到丽甚至GW量级。仅仅采用单模有源纤芯的双 包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于10ym，受到非线性、结构因素和衍射 极限的限制，承受的光功率密度有限，单模有源光纤纤芯连续波损坏阈值约为lW/i!m2[J. Nilsson， J. K. Sahu， Y. Jeong， W. A. Clarkson， R. Selvas， A. B. Grudinin， and S. U. Alam， High Power Fiber Lasers :New Developments, Proceedings of SPIEVol. 4974， 50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学 损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒 镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[J.Nilsson， S. U. Alam， J. A. Alvarez-Chavez, P. W. Turner, W. A. Clarkson， andA. B. Grudinin， ，， High-power and tunable operation of erbium-ytterbium co_dopedcladding_pumped fiber laser, IEEE J.Quantum Electron. 39， 987-994(2003)]。
技术实现思路
为了克服现有的光纤仅仅只能放大单波段的信号、现有实现多波段信号光放大器 件中由于需要对信号光分波、放大与合波处理而引起的结构复杂、插入损耗大、分立元件 多，可靠性差、对环境敏感且成本很高等缺点，同时为了克服已有的传统双包层单模光纤输 出激光功率有限以及随着光功率的增加，其抗热等方面的缺陷，本专利技术提供一种多层掺稀 土离子环芯光纤及其制作方法。 本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的 多层掺稀土离子环芯光纤，该光纤中心为为硅芯区、硅芯区外，由内到外分布第一 掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯，2《N《10，第N掺稀土 离子环芯的外边分布外包层； 第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯、...第N掺稀土离子环芯的折射率相 等. 硅芯区的折射率低于第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯、...第N掺稀土 离子环芯的折射率； 外包层的折射率低于硅芯区的折射率。 第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯、外包层之间 由内到外分布为第一硅环芯、第二硅环芯...第K硅环芯，O《K《N; 第一硅环芯...第K硅环芯的折射率与硅芯区的折射率相等。 纯硅芯区形状为圆形、长方形、椭圆形形状； 第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯形状为圆环 形、长方环形、椭圆环形； 第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯的掺稀土离 子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子、铒镱 共掺离子。 第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯的掺稀土离 子类型相同或不相同。多层掺稀土离子环芯光纤的制作方法，其特征为该制作方法包括以下步骤 本文档来自技高网...
【技术保护点】
多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：该光纤中心为硅芯区（１）、硅芯区（１）外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯（４１）、第二掺稀土离子环芯（４２）．．．第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ），２≤Ｎ≤１０，第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ）的外边分布外包层（３）；第一掺稀土离子环芯（４１）、第二掺稀土离子环芯（４２）、．．．第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ）的折射率相等；硅芯区（１）的折射率低于第一掺稀土离子环芯（４１）、第二掺稀土离子环芯（４２）、．．．第Ｎ掺稀土离子环芯（４Ｎ）的折射率；外包层（３）的折射率低于硅芯区（１）的折射率。
【技术特征摘要】
多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为该光纤中心为硅芯区(1)、硅芯区(1)外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)，2≤N≤10，第N掺稀土离子环芯(4N)的外边分布外包层(3)；第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)、...第N掺稀土离子环芯(4N)的折射率相等；硅芯区(1)的折射率低于第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)、...第N掺稀土离子环芯(4N)的折射率；外包层(3)的折射率低于硅芯区(1)的折射率。2. 根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)、外包层(3)之间由内到外分布为第一硅环芯(21)、第二硅环芯(22)...第K硅环芯(2K) ， 0《K《N ;第一硅环芯(21)...第K硅环芯(2K)的折射率与硅芯区(1)的折射率相等。3. 根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为纯硅芯区(1)形状为圆形、长方形、椭圆形形状；4. 根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)形状为圆环形、长方环形、椭圆环形；5. 根据权利要求1所述的多层掺稀土...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡旭东，宁提纲，裴丽，李晶，周倩，张帆，王春灿，路玉春，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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