[发明专利]单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域。

背景技术

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；掺镱光纤工作波长为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.NewYork：Marcel Dekker.2001，pp：17-112]。现有的双包层光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，现有的双包层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100nm时，就需要分别配置不同的双包层光纤，再进行信号合并，结构复杂且成本很高。

发明内容

为了克服已有的传统双包层光纤仅仅只能放大很窄的波长范围，本发明提供一种单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括N个独立掺稀土离子区，2≤N≤20的整数，其中这N个掺稀土离子区中至少有两个区的掺稀土离子类型不同。

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。

单芯多掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，包括以下步骤：

步骤一，将N根掺稀土离子双包层光纤的预制棒拉制成芯层直径相等的细棒，并将这些细棒的外包层除掉，2≤N≤20的整数；

步骤二，对去掉外包层的N根细棒进行处理，使得细棒的芯层成扇形；

步骤三，将处理后的N根细棒组织起来，套上石英管，拉制成单芯多掺稀土离子区双包层光纤。

按照上述步骤制作的单芯光纤，至少有两根双包层光纤的预制棒的掺稀土离子类型不同。

步骤一中双包层光纤的预制棒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。

本发明的有益效果具体如下：单芯多掺稀土离子区双包层光纤，可放大波长从400nm至2900nm宽范围包含O、E、S，C，L，U/XL波段的信号。相对于传统放大多波段信号中，需要对每一波段分别配置对应的掺稀土离子类型的双包层光纤再进行信号合并，显然，采用多掺稀土离子多芯双包层光纤明显减少连接损耗，结构更加紧凑。双包层光纤的芯层根据掺稀土离子的不同划分为不同的扇形区域，一方面使各掺稀土离子由于共用内包层使得较大增益，另一方面，由于放大的光信号输出区域不一样，对相关的信号处理提供了方便。采用单芯结构，使得这种光纤容易与普通光纤直接熔接。由于采用多根掺稀土离子不全相同的双包层光纤预制棒来制作单芯多掺稀土离子区光纤，简化了制作工艺，结构紧凑，受环境影响小等优点。

附图说明

图1为单芯四个掺稀土离子区双包层光纤截面图。

图2为单芯两个掺稀土离子区双包层光纤截面图。

图3为单芯十个掺稀土离子区双包层光纤截面图。