[发明专利]一种抑制有源光纤中光子暗化效应的方法

说明书

本发明公开了抑制有源光纤中光子暗化效应的方法，并同时提供了一种能够抑制有源光纤中光子暗化效应的有源光纤及其制作方法，通过在稀土掺杂有源光纤制作过程中向纤芯中掺杂碱性金属离子，包括Na离子、K离子、Mg离子、Ca离子、Ba离子和Sr离子中的一种或多种，并确定合适的共掺杂剂浓度和比例，改变稀土离子所处环境的光学碱度，降低光子暗化附加损耗，同时对掺镱光纤的激光性能没有任何负面影响。本发明所述的抑制方法制备出的有源光纤的抗光子暗化性能获得了极大地提升，其光子暗化附加损耗相对于常规有源光纤，得到了50％以上的抑制效果，且该方法不影响光纤的光学性能和激光效率，具有更高的稳定性和更长的使用寿命。

技术领域

本发明属于光电器件领域，更具体地，涉及一种抑制有源光纤中光子暗化效应的方法。

背景技术

光纤激光器具有散热性能好、效率高、光束质量好、体积小、重量轻等优点，在材料加工、智能制造、医疗、国防等领域展现出极其广阔的应用前景和巨大的应用价值。大模场有源光纤工艺和包层抽运技术以及高亮度发光二极管(LD)的发展，更促使掺镱光纤输出功率达到20kW。光纤激光器的诞生与发展给现代激光领域带来了深刻变革，逐渐成为激光器产业中的主导力量。随着中国制造2025规划的提出和我国智能制造技术产业的急剧发展和需求增长，光纤激光器的应用领域不断拓展，对其提出了在高光束质量、大输出功率情况下长时间稳定运行的要求。然而随着光纤激光器功率的不断攀升，出现了功率衰减，即光子暗化现象，限制了激光器的进一步发展和应用。

光子暗化效应会引起激光阈值增加、效率下降、系统稳定性降低、工作寿命变短，其实质是光子诱导掺镱光纤产生色心，导致光纤在可见光波段产生较大的损耗，这些损耗延伸到近红外波段，但色心形成的具体机制尚在探讨中。目前主要存在三种假设，包括氧缺陷中心、电荷转移吸收带和稀土杂质离子的存在。通常采用共掺Al/P/Ce、光漂白、热漂白、载O₂/H₂的方法在一定程度上抑制光子暗化效应。

目前，本领域相关技术人员已经做了一些研究，如公开号为CN102135641A公开了一种抗光子暗化的有源光纤及其制备方法，通过光纤纤芯铈、钇、铝新共掺杂剂组份的选定，及确定合适共掺剂浓度和比例，实现光子暗化效应的降低。但是存在以下几点不足：

1、共掺杂剂铝铈钇离子会提高光纤纤芯的折射率及数值孔径，进而增加光纤中的模式数量，同时增加光纤熔接损耗，影响相应光纤激光器的激光性能和输出光束质量。

2、铈钇离子会降低稀土离子的发射截面、荧光寿命等参数，使相应光纤激光器的激光性能有所降低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抑制有源光纤中光子暗化效应的方法，并同时提供了一种能够抑制有源光纤中光子暗化效应的有源光纤及其制作方法，通过在稀土掺杂有源光纤制作过程中向纤芯中掺杂碱性金属离子，改变稀土离子所处环境的光学碱度，抑制光子暗化效应，同时能够大大降低光子暗化附加损耗，而且对掺镱光纤的激光性能没有任何负面影响，由此解决现有技术有源光纤光子暗化效应的抑制方法虽然能够一定程度抑制光子暗化，但同时存在使光纤中的模式数量增加，增加光纤熔接损耗，影响相应光纤激光器的激光性能和输出光束质量以及使得光纤激光器的激光性能有所降低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种抑制光子暗化的有源光纤，其纤芯以二氧化硅为基质，所述纤芯中包含至少一种有源离子以及共掺杂剂，其中有源离子为原子序数为57～71的稀土离子，所述共掺杂剂包含铝离子和碱性金属离子。

优选地，所述碱性金属离子包括碱金属离子和碱土金属离子。

优选地，所述碱性金属离子包括钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、钡离子和锶离子中的一种或多种。