三重护套单模光纤制造技术

根据本发明专利技术，通过组装纵向元件（13A）而形成中间护套（13），并且中间护套（13）包括：第一光学材料，其折射率与单模纤芯的折射率相差最多10-3；以及第二光学材料，其折射率低于所述单模纤芯的折射率并相差至少10-3。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三重护套单模光纤[0001 ] 本专利技术涉及用于单模光发射的有源光纤。尽管没有穷尽，这种类型的光纤可以用于传送或放大高屈光力且使非线性效应的影响最小化非常重要的应用中。已知双重护套单模光纤。这些光纤由掺杂了稀土 (例如，镱)的玻璃纤芯(例如由铝土制成)制成，用于初始光束的单模放大。这个纤芯直接被具有比纤芯更大直径的多模泵浦护套(例如，硅土)包围，这允许多模泵浦的不同模式的传播。由玻璃、聚合物或空气单元制成的外护套(其折射率比纤芯和多模泵浦护套低的多)包围所述多模泵浦护套。这种类型的双重护套单模光纤允许产生具有大表面积的高功率激光光束。与传统单模泵浦相比，还导致更高的泵浦功率(并且因此单模放大)。为了提高上述类型的单模光纤的放大效率，重要的是提高单模纤芯对来自多模泵浦护套的光的吸收率，这还取决于掺杂率和纤芯的直径。然而，这种类型的改进必须是在保持光纤的单模特性(其还取决于单模纤芯和多模泵浦护套之间的折射率差)、材料的量子效应(取决于共掺杂剂和主体基质(host matrix))以及所述光纤的导光特性的同时进行的。然而，如果为了提高光纤的放大效率而增加单模纤芯中的掺杂率(例如，镱的掺杂率)，则结果是纤芯的折射率增加(取决于可能的共掺杂剂，可能较高或较低)，并因而增大了所述纤芯和多模泵浦护套之间的折射率差。因此，为了补偿这个增大的效果并因而保持纤芯的单模特性，必须减小纤芯的直径，这事实上降低了光纤的放大效率。这意味着通过适当选择掺杂率或纤芯直径不能提高光纤的放大效率。提高放大效率的第一方案包括减小单模纤芯的掺杂对其折射率的影响。因此，镱可以与另一个掺杂剂关联，诸如氟或硼，与掺杂了镱的纤芯相比，在相同掺杂率的情况下，具有减小按此方式掺杂的纤芯的折射率的效果，因此使得能够在无需明显增大纤芯和多模泵浦护套之间的折射率差的情况下提高纤芯的掺杂率。然而，作为共掺杂剂，氟和硼不完全补偿由于非常高的掺杂(如利用镱)产生的折射率的增大。与纤芯相互作用的光材料的退化要求光材料相互作用的长度增加，但是这一方面产生非线性效应，并且另一方面产生光源的紧密度的损失(特别是对于具有大纤芯直径的由于纤芯和护套之间的非常低的折射率差而不能弯曲的光纤)。另外，对于非常高的镱掺杂，更难以在整个纤芯获得均匀折射率曲线，这可以破坏对发射的激光光束实现良好的质量控制。提高这个放大效率的第二方案包括使用三重护套单模光纤，如文件US6，841，053中描述的，增大直接包围单模纤芯的护套的折射率。为此，在纤芯和多模泵浦护套之间插入中间护套，使得光纤因此从中心到周边由以下组成:-掺杂稀土的单模纤芯(例如由掺镱的铝硅酸盐制成)；-无光学活性(不放大)的中间护套(例如由掺锗的硅土制成)，其折射率略微不同于所述单模纤芯(例如10_3或更小)。-多模泵浦护套(例如，由硅土制成)；以及-外护套(其折射率远低于纤芯、中间护套和多模泵浦护套的折射率)。这种三重护套光纤架构允许在不依赖于氟和硼的情况下提高镱掺杂率(因此提高纤芯的吸收率)并同时维持单模纤芯与直接包围纤芯的护套之间的适当的折射率差。实际上，通过适当选择锗掺杂率，可调整中间护套(例如由掺杂了锗的硅土制成)的折射率，使得纤芯的折射率和中间护套的折射率之间的差被保持得尽可能的低，并且还提高单模纤芯的掺杂率(并且因此提高折射率)。然而，在上述类型的单模光纤中，折射率是能够对其单模放大属性具有不利影响的关键参数。然而，在文件US6，841，053中，纤芯和中间护套均形成使用MCVD (改进的化学气相沉积)技术产生的统一层。其结果是，如果纤芯被重掺杂来提高光纤的放大属性，则形成中间护套的该统一层的折射率曲线不能完全被控制，为了保持光纤的单模特性，要求纤芯的直径受到限制(例如，限制到20 μ m)并因此也限制了光纤的放大率。另一个方案可以包括使用棒状光纤，其单模特性特别依赖于形成的气孔的直径(因为具有过大直径的气孔必须产生多模放大)。然而，由于难以控制气孔的大小，也难以控制中间护套的折射率(因而难以控制光纤的单模特性)。此外，在这种类型的光纤中，纤芯的折射率必须精确等于纯硅土的折射率并且是完美的均质。例如掺镱的铝硅酸盐和掺氟的硅土的材料混合物因此被使用并且通过多步骤组装-拉伸来制造，直至获得被引导的光认为是均质的亚微米结构为止。这种复杂技术因此在一方面导致高成本，并且在另一方面不允许优化光纤的放大效率，由于纤芯的显著部分不掺镱并且不对光放大有贡献。另一种方案可以包括使用“泄漏通道”光纤，按照通过类似于棒状光纤的纤芯和具有大的低折射率硅土含量的护套之间的非常弱的导光的类似方式获得单模特性。另一种方案可以包括使用手性稱合(chirally coupled)纤芯光纤,通过在裹住中心纤芯的周围纤芯中的选择性耦合来去除多模中心纤芯的更高阶模式，获得单模特性。通过多次拉伸-组装获得纤芯均一性，但是可以不要求已经掺杂了镱的硅土。然而，由于选择性去除非常大数量的高阶模式，技术困难将纤芯直径限制于小于40 μ m。因此本专利技术的目的是促进高的单模放大(甚至在大直径纤芯和高掺杂率的情况下)，同时仔细地控制中间护套的折射率曲线。因此，根据本专利技术，单模光纤从中心到周边包括:-至少部分掺杂稀土的单模纤芯，-光学活性的中间护套，-多模泵浦护套，以及-外护套，其特征在于所述中间护套-通过组装纵向元件而形成，并且-包括具有与所述单模纤芯的折射率最多相差10_3的折射率的第一光学材料以及具有与所述单模纤芯的折射率至少相差10_3的折射率的第二光学材料。因此，根据本专利技术，所述中间护套包括一组纵向元件，诸如棒或条，并且包括折射率接近纤芯的折射率的部分(第一光学材料)和折射率不同于纤芯的折射率的部分(第二光学材料)。所述中间护套因此被光认为是大致均质的材料，具有接近纤芯的折射率的有效折射率，这确保所述纤芯和所述中间护套之间的折射率差可保持在低值，因此即使纤芯的折射率(因为其掺杂率)高，通过针对具有不同折射率的所述中间护套的所述部分适当选择折射率、比例和排列，可精确获得折射率曲线。因此，基础传播光模式可被局限在纤芯中，纤芯因此具有单模特性。结果，通过宏观上合理控制两种不同的光学材料，可在微观上适当控制如此形成的中间护套的折射率曲线。按此方式，可制造具有大直径和高掺杂率的纤芯并同时确保中间护套具有适当折射率曲线以限制所述纤芯和所述护套之间的折射率差。这样形成的光纤提供增强的单模放大和令人满意的导光属性。此外，根据本专利技术，中间护套由纵向元件(棒、条)形成，纵向元件具有的优点是它们是模块化的并且因此可简单设计和组装，这样进一步促进了光纤的制造并且还降低了制造成本。本专利技术的另一个优点是可用稀土 (诸如镱)对光纤的纤芯进行(至少部分)掺杂，并同时确保在纤芯中获得令人满意的折射率曲线，即使折射率高。还应注意，由于本专利技术允许纤芯中的更高的掺杂率，使得对于相同的单模放大率和相同的纤芯直径而言，能够制造长度较短的光纤，这有助于限制非线性效应对在这样形成的光纤中传播的光的影响，并且有助于提高所使用的源的紧密度。如果中间护套仅由所述纵向元件组成，则所述中间护套中的折射率曲线可被特别精确控制。为了在中间护套中容易地组装纵向元件，可以将至少某些纵向元件按照矩阵排列而布置在中间护本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单模光纤（11、21、31），该单模光纤从其中心到周边包括：‑至少部分掺杂稀土的单模纤芯（12、22、32），‑无光学活性的中间护套（13、23、33），‑多模泵浦护套（14、24、34），以及‑外护套（15、25、35），其特征在于，所述中间护套（13、23、33）‑通过组装纵向元件（13A、23A、33A和33B）而形成，并且‑包括具有与所述单模纤芯的折射率最多相差10‑3的折射率的第一光学材料以及具有与所述单模纤芯的折射率至少相差10‑3的折射率的第二光学材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.26 FR 11535501.一种单模光纤(11、21、31),该单模光纤从其中心到周边包括: -至少部分掺杂稀土的单模纤芯(12、22、32)， -无光学活性的中间护套(13、23、33 )， -多模泵浦护套(14、24、34)，以及 -外护套(15、25、35)， 其特征在于，所述中间护套(13、23、33) -通过组装纵向元件(134、234、33々和33B)而形成，并且 -包括具有与所述单模纤芯的折射率最多相差10_3的折射率的第一光学材料以及具有与所述单模纤芯的折射率至少相差10_3的折射率的第二光学材料。2.根据权利要求1所述的单模光纤， 其特征在于，所述单模光纤包括纵向元件(13A)，所述纵向元件(13A)包括: -由所述第一光学材料构成的中心纵向部分(13B)，以及 -包围所述中心纵向部分(13B)的周边纵向部分(13C)，其横截面面积小于所述中心纵向部分的横截面面积，并且由所述第二光学材料构成。3.根据权利要求1所述的单模光纤， 其特征在于所述单模光纤包括由所述第一光学材料构成的第一纵向兀件(33A)和由所述第二光学材料构成的第二纵向元件(33B)。4.根据权利要求1所述的单模光纤， 其特征在于所述单模光纤包括由所述第一光学材料构成的第一纵向元件(33A)以及第二纵向元件(I3A)，所述第二纵向元件(I3A)包括: -由所述第一光学材料构成的中心纵向部分(13B)，以及 -包围所述中心纵向部分(13B)的周边纵向部分(13C)，其横截面面积小于所述中心纵向部分的横截面面积，并且由所述第二光学材料构成。5.根据权利要求1到4中任一项所述的单模光纤， 其特征在于，所述第一光学材料的折射率(N13B、N33a)等于或...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·罗伊，K·舒斯特尔，S·格林姆，
申请(专利权)人：国家科研中心， 利摩日大学，
类型：发明
国别省市：法国;FR