[发明专利]一种双包层光纤

说明书

技术领域

本发明涉及一种双包层光纤，属于光纤技术领域。

背景技术

双包层光纤，是指一种光纤具有纤芯、内包层和外包层结构。随着光纤激光器技术的发展，采用包层泵浦技术的应用越来越广泛，越来越重要（US5949941, 1999；US6477307 B1, 2002）。这就需要采用具有双包层结构的光纤。

一般意义上，双包层光纤的内包层是全固玻璃材质，外包层是低折射率的聚合物涂层（US6954575 B2, 2005）。这类双包层光纤，作为外包层的聚合物涂层成型或软化温度低，使用温度不能太高。在光纤被用于高功率器件时，一旦光纤因为基质吸收激光，产生大量热量，而又无法及时发散，或者，一旦光纤无法把泵浦光或激光完全限制在内包层内，而使之辐射到外包层，这两原因都容易导致光纤涂层被烧、激光泄漏等重大安全事故。而且，低折射率外包层涂层，材料售价高。

也有报道(Proc. of SPIE, 2008, 6873, 687311: 1-9)，采用外包技术，在内包层外层，包覆低折射率的氟掺杂玻璃，用作外包层。但由于玻璃中掺氟浓度一般不高，或者由于高浓度掺氟后，引起外包层材质和光纤的内包层和纤芯的材质的性能不匹配，具有这种结构和材质的双包层光纤，无法把激光完全限制于内包层中，泄露的激光进而能把光纤涂层烧掉，所以，也不大合适应用于高功率光纤激光器中。在另一方面，由于掺氟浓度不高，掺氟层的折射率不够低，光纤内包层相对外包层的NA值不高，损失了光纤的抗弯性能。

近年来，也有大量报道(Opt. Express, 2001, 9, 714-720；Opt. Express, 2003, 11, 818-823；CN102213792 A, 2011)了具有空气孔结构的双包层光纤。这种类型的双包层光纤的内包层是，通过在掺杂芯棒的外围逐层堆积毛细管，毛细管组装呈均匀分布或呈正六边形结构，再在外围用玻璃管套住；其外包层是，通过在内包层玻璃套管外，再堆积一层玻璃毛细管，成圆环形状或正六边形环；再用孔径匹配的玻璃管套住呈环状紧迫排列的玻璃毛细管；这种复杂结构的棒－管组合体固定后，上塔拉丝，并进行涂料涂覆和固化。这种双包层光纤，内外包层是通过采用不同大小的占空比来实现的。内包层是均匀分布或正六边形的多孔结构，其占空比要低很多；外包层是圆环状的多孔结构，其占空比比较高。具有这种结构的双包层光纤，其模场面积比较大，可以用于高功率光纤激光器或光纤放大器中，但是棒－管堆积过程比较复杂。基于这种双包层结构设计，也可以在内包层区域内，以纤芯为对称点，分侧堆积两更大孔径的毛细管，达到保偏的特性。但是，这整个堆积过程非常复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足提供一种工艺简单的、保持线偏振态、安全适用于高功率光纤激光器或光纤放大器中的双包层光纤。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括纤芯和包层，其特征在于所述的纤芯为离子掺杂的二氧化硅基玻璃芯层，所述的包层包括内包层和外包层，所述的内包层为具有两个对称于纤芯分布的低折射率掺杂应力区的全固二氧化硅基玻璃层，所述的外包层是由空气孔排列而成的环形二氧化硅基玻璃层，外包层外设置支撑层，所述的支撑层为全固二氧化硅基玻璃层，光纤最外层为涂覆层。

按上述方案，所述的外包层空气孔排列成圆环、D字形或正八边形，均匀密布在内包层外围。

按上述方案，所述的涂覆层为内、外两层，包括内涂覆层和外涂覆层，均由有机聚合物组成。

1.        按上述方案，所述纤芯的掺杂剂组份是稀土离子、铝离子、锗或磷，当采用稀土离子掺杂时，至少共掺Al、P、F、B、Ge中的一种，纤芯掺杂抬高纤芯数值孔径（NA）至0.03～0.33，纤芯直径d（2 r0）为10～40 mm。

按上述方案，所述的内包层中两个对称于纤芯分布的低折射率掺杂应力区的形状为圆形、梯形、扇形或椭圆形，应力区的折射率低于内包层的折射率。

按上述方案，所述的外包层的占空比为6～30%，更佳为16～25％，紧密均匀排布在内包层的外围。

按上述方案，所述的外涂覆层的折射率高于内包层折射率，更佳是高于光纤芯层折射率。

按上述方案，所述的光纤具有大模场面积，模场面积为80~1300mm²。