[发明专利]大模场有源光纤及其制造方法

权利要求书

1.大模场有源光纤，由纤芯和依次包覆在该纤芯外表面上的石英玻璃内 包层、石英玻璃外包层、涂层组成，其特征在于所述纤芯由掺杂稀土离子的四 氯化硅在石英玻璃管中沉积、熔缩而成，其折射率为渐变折射率且纤芯折射率 剖面参数α的变化范围为1≤α≤3，石英玻璃内包层的外形呈正多棱柱状，纤 芯折射率剖面参数α由公式n(r)＝n₁[1-2Δ(r/a)^a]^0.5决定，其中n(r)为半径为r 处的折射率，a为纤芯半径，n₁为纤芯的最大折射率，Δ％为相对折射率差。

2.如权利要求1所述的大模场有源光纤，其特征在于所述石英玻璃内包 层的外形呈正六棱柱或正八棱柱。

3.如权利要求1或2所述的大模场有源光纤，其特征在于所述石英玻璃 外包层由纯石英玻璃掺氟组成，掺氟形成的相对折射率差Δ％在-0.1％～- 1.5％之间。

4.如权利要求3所述的大模场有源光纤，其特征在于所述纤芯中的稀土 离子为镱离子或铥离子，其摩尔百分比含量为0.02％～0.36％。

5.如权利要求3所述的大模场有源光纤，其特征在于所述纤芯中的稀土 离子为镱离子和铥离子的混合物，该混合物的摩尔百分比含量为0.02％～0.36 ％，其中镱离子和铥离子的摩尔百分比为1∶1～1∶8。

6.大模场有源光纤的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

A10、用PCVD等离子化学气相沉积工艺制备出内壁为氟掺杂层的石英玻璃 套管，该套管与纯石英玻璃的相对折射率差为-0.3％～-1.5％；

A20、用等离子体化学气相沉积工艺技术在另一个空心石英玻璃基管的内 壁上沉积四氯化硅和四氯化锗制成用于拉制折射率渐变纤芯的预制件，并采用 全气相的方式掺杂稀土离子；

A30、在2200℃的温度下将步骤A20得到的空心石英玻璃管熔缩成实心的 预制件；

A40、将上述实心的预制件加工成正多棱柱形；

A50、将正多棱柱插入到步骤A10得到的内壁为掺氟层的石英玻璃套管内 形成大模场有源光纤预制棒；

A60、将上述大模场有源光纤预制棒在拉丝塔上拉制成大模场有源光纤， 该大模场有源光纤的纤芯折射率剖面参数α的变化范围为1≤α≤3；纤芯折射 率剖面参数α由公式n(r)＝，n₁[1-2Δ(r/a)^α]^0.5决定，其中n(r)为半径为r处的折射 率，a为纤芯半径，n₁为纤芯的最大折射率，Δ％为相对折射率差。

7.如权利要求6所述的大模场有源光纤的制造方法，其特征在于步骤A20 中掺杂的稀土离子为镱离子或铥离子，其摩尔百分比含量为0.02％～0.36％。

8.如权利要求6所述的大模场有源光纤的制造方法，其特征在于步骤A20 中掺杂的稀土离子为镱离子和铥离子的混合物，该混合物的摩尔百分比含量为 0.5～0.6％，其中镱离子和铥离子的摩尔百分比为10％～80％。

9.如权利要求6、7或8所述的大模场有源光纤的制造方法，其特征在 于步骤A20中，石英玻璃基管内压力为900pa～1600pa，加热石英玻璃基管的 微波功率为3.0kW～15.0kW，沉积温度为1100～1300℃，四氯化硅气体的流 量为800ml/min～1600ml/min，四氯化锗流量按照Q₁(r)＝A₁+B₁×r+C₁×r^α1曲线 进行控制，其中Al＝10.52～11.69，Bl＝0.1326～0.16，Cl＝-12.02～-11.32， α₁＝1.98～2.8，r为半径，同时含稀土离子的气体按照摩尔百分比0.02％～ 0.36％的比例通入到四氯化硅和四氯化锗混合气体中，纤芯折射率剖面分布参 数α＝1.92～2.86。

10.如权利要求9所述的大模场有源光纤的制造方法，其特征在于步骤A30 中，当石英管的中心孔直径缩小到1.2～1.8mm时，通入浓度为100％的C₂F₆气体，腐蚀时间为10～20分钟，腐蚀完毕后，将其熔缩为实心的石英玻璃芯 棒，该石英芯棒的纤芯直径为3.2～4mm，纤芯数值孔径为0.03～0.10，石英 玻璃内包层相对氟掺杂低折射率套管的相对折射率差为0.2％～1.16％。