[发明专利]用新颖共掺杂剂制备掺杂稀土(RE)光纤的改良方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用新颖共掺杂剂(codopant)制备掺杂稀土(RE)光纤的改良方法。

背景技术

发现掺杂稀土(RE)光纤在光放大器、纤维激光器和传感器领域具有远景应用。掺杂入这种纤维纤芯中的RE元素作为活性介质发挥功能。可以掺杂不同RE，如Er、Nd、Yb、Sm、Ho和Tm，以得到覆盖大范围波长的激光作用和放大。掺杂Er的光纤放大器(EDFA)由于其高量子效率和宽增益带宽从而在满足因特网服务和信息技术的巨大带宽要求的通信领域显示惊人应用。掺杂RE的光纤激光器由于其紧密度、优异的光束质量和简易的处理能力从而在大多数应用中取代基于气体的激光器或固态激光器。因此，在市场上已有惊人增长，到2010年的总体销售预计能达到28亿美元的工业激光器市场。光纤激光器装置适于多种应用，即材料处理(切割、研磨和雕刻)、测距、医学及军事应用。因此用改变的设计、组合物以及适当的RE浓度制备掺杂RE纤维吸引着许多研究兴趣。改善纤维性质以及提高处理再生性仍然是主要目标。

可以参考Townsend J.E.、Poole S.B.和Payne D.N.，Electronics Letters，第23卷(1987)第329页的″Solution-doping technique for fabrication of rare-earth-doped optical fiber″，其中使用微波沉积化学气相(MCVD)法制备含有具有所需纤芯/包层结构的阶跃折射率分布的预制件(preform)，同时采用掺杂溶液用于掺入活性离子。第一步，在高二氧化硅玻璃衬底管内沉积具有所需厚度的掺杂P₂O₅和F的包层，以生成匹配包层或凹陷(depressed)包层型结构，然后在较低温度下沉积含有增加折射率的掺杂剂(如GeO₂)的预定组合物的纤芯层，以形成未烧结的多孔烟灰(soot)。然后将沉积的烟灰层浸入掺杂剂前体的水溶液(常用浓度0.1M)中最高达1小时。尽管稀土卤化物是最常用的，任何可溶形式的掺杂离子适于制备该溶液。浸渍后，用丙酮冲洗管并重新设置在旋床(lathe)上。然后脱水并烧结含有RE的纤芯层，以生成透明的玻璃样层。在600℃的温度下用氯气进行脱水。用5∶2的Cl₂/O₂比率使OH^-水平降低至低于1ppm，前提是干燥时间超过30分钟。最后以常规方式使管萎陷(collapse)，从而得到固体玻璃棒(称为预制件)，用常规方法从该预制件抽出纤维。

可以参考DiGiovanni D.J.，SPIE第1373卷(1990)第2页的″Fabrication of rare-earth doped optical fiber″，其中将带有多孔纤芯层的衬底管浸在含有所需RE离子的硝酸盐或氯化物和共掺杂剂Al盐的水溶液或醇溶液中。将管排干、干燥并重新设置在旋床上。在约900℃下使干燥氯气流过所述管1小时进行脱水。脱水后，烧结该层，使管萎陷以抽出纤维。

可以参考Ainslie B.J.、Craig S.P.和Wakefield B.，Material Letters，第6卷，(1988)第139页的″The fabrication，assessment and optical properties of high-concentration Nd³⁺ and Er³⁺ doped silica based fibers″，其中为提高稀土溶解性，选择Al₂O₃-P₂O₅-SiO₂基质玻璃并用溶液掺杂方法引入高浓度Nd³⁺和Er³⁺并且量化。沉积掺杂P₂O₅的包层后，在较低温度下沉积气相法白炭黑(silica soot)。将制得的管浸在含有各种浓度的ErCl₃和NdCl₃的1M Al(NO₃)₃醇溶液中1小时。Al的添加有助于提高RE在纤芯中心的浓度，而不会引起簇效应。该文献还公开了Al和RE轮廓以某种方式互相卡住，这延迟RE离子的挥发。