[发明专利]一种掺镱光纤

说明书

本发明公开了一种掺镱光纤，涉及光纤技术领域，包括，包括纤芯，其特征在于：所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少三个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，所述中心芯区的直径和三个所述环形掺杂芯区的外径由内到外依次增大，且所述中心芯区和三个所述环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加。本发明提供的掺镱光纤，不仅提高了后续光纤制造中镱离子浓度均匀分布的可行性，而且避免了高斯分布带来的纤芯中心功率过高的问题，为掺镱光纤光子暗化的解决提供了可行的路径。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体涉及一种掺镱光纤。

背景技术

光纤激光器的出现是激光发展史上具有旗帜性和革命性的里程碑，它以无比卓越的性能和超值的价格，在激光加工、激光医疗、激光雷达、激光测距等多方面得了日益广泛的应用。光纤激光器具有效率高、光束质量好、可靠性高、结构紧凑和散热性好等优点，此外，光纤激光器使用二极管泵浦，体积小、结构紧凑。与笨重的固体激光器相比，不仅减少了额外增加传输光纤的需要和系统的复杂性，而且降低了激光器的成本。因此，使得光纤激光器的应用越来越广泛。

同时，掺镱光纤为在纤芯掺有镱元素的一种光纤，是当前主流光纤激光器的核心元件。随着光纤激光器功率的增加，对掺镱光纤的要求也越来越高。常规的掺镱光纤由于是在单一的纤芯中掺入较多的镱离子，这容易发生纤芯中镱离子的分布不均，部分区域镱离子浓度过高的情况，在高功率光纤激光器条件下，这将引起诸如光子暗化等现象，即光暗化效应，造成光纤激光器在工作一段时间后，发生功率下降，乃至完全无法正常输出激光的现象。

上述光暗化效应是一种导致掺杂光纤芯层背景损耗永久性增加的现象，会引起激光输出功率的下降。有研究者认为光暗化效应是一种由泵浦光和信号光的多光子吸收而引起的光纤结构的永久性破坏现象，由此产生的色心使掺杂光纤的背景损耗增加。杂质、共掺剂和玻璃的不均匀性都会导致光纤能级结构的变化，同时团簇会增加掺杂离子能量传递的几率。因此在光纤制备过程中提高原料纯度以及掺杂的均匀性，避免团簇的发生至关重要。

因此，需要进行新型掺镱光纤的设计研究，解决掺镱光纤暗化的问题，为较高功率光纤激光器长时间稳定工作奠定基础。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种掺镱光纤，此种结构设计不仅提高了后续光纤制造中镱离子浓度均匀分布的可行性，而且避免了高斯分布带来的纤芯中心功率过高的问题，为掺镱光纤光子暗化的解决提供了可行的路径。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种掺镱光纤，包括纤芯，所述纤芯由内到外依次包括圆形的中心芯区、以及至少三个与所述中心芯区同心设置的环形掺杂芯区，所述中心芯区的直径和三个所述环形掺杂芯区的外径由内到外依次增大，且所述中心芯区和三个所述环形掺杂芯区的镱离子浓度由内到外依次增加。

在上述技术方案的基础上，三个所述环形掺杂芯区由内到外依次为第一环形掺杂芯区、第二环形掺杂芯区和第三环形掺杂芯区。

在上述技术方案的基础上，所述中心芯区的镱离子浓度为p1，所述第一环形掺杂芯区的镱离子浓度p2＝(1+m1)*p1，其中m1取值范围为3.0％～5.0％，所述第二环形掺杂芯区的镱离子浓度p3＝(1+m2)*p1，其中m2取值范围为8.0％～12.0％，所述第三环形掺杂芯区的镱离子浓度p4＝(1+m3)*p1，其中m3取值范围为15.0％～20.0％。

在上述技术方案的基础上，所述中心芯区的直径为d1，所述第一环形掺杂芯区的外径d2＝d1+(1-n1)*d1，其中n1取值范围为5％～6％，所述第二环形掺杂芯区的外径d3＝d1+(2-n2)*d1，其中n2取值范围为11％～13％，所述第三环形掺杂芯区的外径d4＝d1+(3-n3)*d1，其中n3取值范围为18％～21％。