[发明专利]一种制造掺稀土光纤预制棒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤预制棒的制造方法，特别是涉及用作光纤放大器、光纤激光器和光纤传感器的一种芯层掺杂稀土元素的光纤预制棒的制造方法。

背景技术

石英光纤中掺杂稀土元素得到的稀土掺杂光纤可用于制造光纤放大器、光纤激光器和光纤传感器。以掺饵光纤为增益介质的掺铒光纤放大器（erbium doped fiber amplifier, EDFA），不仅解决了衰减对光网络传输速率与距离的限制，而且开创了1.55μm波段的波分复用技术，从而将使超高速、超大容量、超长距离的波分复用、密集波分复用、全光传输、光孤子传输等成为现实。而以掺镱光纤为增益介质的光纤激光器更是以其光束质量好、结构紧凑、易于集成等诸多优点，广泛应用于工业、医疗、军事等领域，并有望取代大部分传统的高功率激光器。此外，稀土掺杂光纤还可以用于制造光纤传感器。

光纤是由预制棒拉制而成的。目前光纤预制棒的制造普遍采用气相沉积技术，包括轴向气相沉积法（vapor axial deposition, VAD）、外部气相沉积法（outside vapor deposition, OVD）、改进的化学气相沉积法（modified chemical vapor deposition, MCVD）和等离子体化学气相沉积法（plasma chemical vapor deposition, PCVD）。制造预制棒所需的原料在常温下通常是气体（如O₂，Cl₂等）或者具有较高蒸汽压的液体（如SiCl₄，GeCl₄等）。而制造稀土掺杂光纤所需的稀土掺杂剂（一般为稀土卤化物）只有加热到500～1000℃时，才能保证有足够的蒸汽压，使其能够与其它常规反应物气体参加气相沉积反应。因此采用常规的预制棒制造技术难以实现稀土掺杂。现有技术中用于制造稀土掺杂光纤预制棒的方法包括气相掺杂法、溶液掺杂法、纳米粒子直接沉积法（Direct Nanoparticle Deposition, DND）、溶胶凝胶法和溶液雾化法。其中应用最广泛的为溶液掺杂法。J. E. Townsend等在“Solution-doping technique for fabrication of rare-earth-doped fibers”，Electronic letters, 1987, 23(7), 329-331页描述了采用MCVD结合溶液浸泡制造稀土掺杂预制棒的方法：（a）用常规方法在石英沉积管12内沉积形成含SiO₂-P₂O₅-F的光纤内包层13，其中P₂O₅可以降低玻璃粘度，使熔缩更加容易，P₂O₅的掺杂提高了石英的折射率，掺入F可以降低折射率，从而使内包层的折射率与石英沉积管的折射率匹配。氢氧焰喷灯11用于加热沉积管12。（b）降低温度沉积疏松烟灰芯层14，如本发明图1A所示。（c）取下沉积管12，在含稀土元素的溶液10中浸泡一小时左右，如本发明图1B所示。（d）浸泡好之后，用丙酮清洗疏松烟灰芯层14，并重新安装到车床上。（e）升温至600℃同时通入Cl₂进行脱水干燥。（f）烧结疏松烟灰芯层14为透明玻璃层，如本发明图1C所示。（g）将脱水干燥的沉积管12在高温下熔缩成实心的预制棒。本发明图2A和图2B分别示出了沉积管12及疏松烟灰芯层14熔缩前与熔缩后的横截面示意图。