[发明专利]一种稀土离子掺杂光纤预制棒的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种稀土离子掺杂光纤预制棒的加工方法，属于光纤制造技术领域。

背景技术

1985年，英国南安普敦大学的研究人员采用改进的化学汽相沉积工艺(Modified Chemical Vapour Deposition，MCVD)成功研制出掺稀土光纤。近三十年来，研究人员不断地对掺稀土光纤的制备工艺进行改进和创新，进而使得掺稀土光纤放大器与激光器得到了持续、快速的发展。激光器及应用技术是关系到国防、民生的一项重要光电子领域前沿技术，与半导体激光器、气体激光器等其它类型的激光器相比，以掺稀土光纤为增益介质的光纤激光器具有高光束质量、高效率、低阈值、可调谐、窄线宽与高性价比等优点，而掺稀土光纤是制约光纤放大器与激光器进一步发展的关键材料，因此，我们必须进一步提高掺稀土光纤的性能、开发新品种的掺稀土光纤。

为不断提升光纤放大器与激光器的性能，研究人员在掺单种稀土元素光纤的基础上，开发出稀土离子共掺光纤，目前，取得进展较大的稀土离子共掺光纤主要为铒镱共掺光纤，其它种类的稀土离子共掺光纤仍处于理论与探索阶段。下面以铒镱共掺光纤为例，对稀土离子共掺光纤的性能及优点进行说明：与掺铒光纤相比，铒镱共掺光纤主要有以下优点：Yb³⁺具有非常宽的吸收带(800~1070nm)和激发带，极大地扩展了泵浦光源的范围；Yb³⁺无浓度淬灭现象，可以高浓度掺杂；Yb³⁺的吸收截面远大于Er³⁺，较易吸收980nm附近的泵浦光能量；Yb³⁺的₂F_5/2能带和Er³⁺的₄I_11/2能带较为接近，离子能量非常容易从Yb³⁺的₂F_5/2能带转移到Er³⁺的₄I_11/2能带上，然后无辐射跃迁到₄I_13/2能带，最后辐射出光子，回到₄I_15/2能带。然而，随着光纤激光雷达探测技术的飞速发展，人们对铒镱共掺光纤激光器的性能提出了更高要求，即要求激光器为线偏振输出。如要使激光器输出的光束具有线偏振特性，最有效的方法即是把光纤做成保偏结构。但是由于有源保偏光纤加工工艺的限制，国内尚无单位研制出可满足实用要求的铒镱共掺保偏光纤。因此，针对稀土离子共掺保偏光纤的研制，有必要开发出一种高精度低损伤预制棒加工方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有稀土离子掺杂保偏光纤预制棒加工方法的不足，提供一种稀土离子掺杂光纤预制棒的加工方法，该方法通过采用不同直径大小的钻头组合打孔方法降低打孔过程中预制棒受到的最大机械外力，从而降低光纤预制棒的损伤，提高预制棒的加工精度。

本发明目的实现由以下技术方案完成：一种稀土离子掺杂光纤预制棒的加工方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，利用MCVD工艺沉积含有稀土离子掺杂芯层的预制棒；

第二步，沉积完成后取下稀土离子掺杂光纤预制棒，在预订位置将预制棒截断，将预制棒截面磨平后固定在打孔机上；

第三步，根据稀土离子掺杂保偏光纤的性能指标要求，结合纤芯与内包层的热膨胀系数及几何参数，合理设计两个孔的孔径大小及位置，两个孔的孔径大小及位置确定后，在两个孔内分别再设计数个小孔的数量、孔径及位置，小孔的位置应该在孔内均匀排布；

第四步，确定钻头，对应孔的直径确定大钻头，大钻头的壁厚一般为钻头半径的1/5至1/3，打孔前需要检查大钻头外壁与大钻头内壁的光滑度与圆度，对应小孔的直径确定小钻头；

第五步，打孔，打孔前需检查钻头的完整性与钻杆的平直度，先用小钻头在小孔的位置打孔，数个小孔的位置需与大钻头与预制棒的接触面重叠，并尽可能最大化重叠面积，但是小孔的边缘应在大钻头外壁内，在数个小孔打孔完毕后，再利用大钻头在大钻头的位置打孔，在打孔过程中，光纤预制棒受到的机械外力变小，进而可降低预制棒的损伤、提高预制棒的加工精度；

第六步，打孔完毕后，对孔的内壁进行磨抛，直至内孔达到设计尺寸。