[发明专利]三包层掺镱石英光纤及高浓度氟层石英管套棒方法有效

专利信息
申请号: 201911382514.7 申请日: 2019-12-27
公开(公告)号: CN111025459B 公开(公告)日: 2021-02-02
发明(设计)人: 楼风光;王孟;张磊;于春雷;陈丹平;胡丽丽 申请(专利权)人: 中国科学院上海光学精密机械研究所
主分类号: G02B6/036 分类号: G02B6/036;C03C13/04;C03B37/012
代理公司: 上海一平知识产权代理有限公司 31266 代理人: 徐迅;祝莲君
地址: 201800 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 包层 石英 光纤 浓度 石英管 方法
【说明书】:

一种三包层掺镱石英光纤及高浓度氟层石英管套棒方法。首先用MCVD法制备掺镱石英光纤芯棒,按照所需的芯包比加工正八边形,再以正八边形预制母棒作为内衬,外套一层含高浓度氟层石英管,然后高温拉丝得到三包层石英光纤。该方法制备的三包层掺镱石英光纤纤芯玻璃中镱离子掺杂浓度为0.2‑0.25mol%,Yb2O3:CeO2:Al2O3:P2O5=1:0.2‑0.3:8‑8.5:12‑13(mol比),该光纤适用于超高功率光纤激光器,主要表现为以下四方面优势:第一,具有极其优异的抗暗化性能;第二,具有非常小的非线性效应;第三,包层具有更好的热稳定性;第四,消除了高浓度氟层石英管与纯石英玻璃内包层界面处的气泡缺陷,避免光纤在万瓦功率下产生破坏。

技术领域

本发明涉及特种光纤领域,特别是一种三包层掺镱石英光纤及高浓度氟层石英管套棒方法。

背景技术

掺镱石英光纤激光器被广泛应用于工业加工领域,掺镱石英光纤则是激光器的核心器件。目前普遍采用的石英光纤多为双包层结构,如nufern公司已经实现了多款双包层掺镱石英光纤的商用供货,其纤芯为掺镱石英玻璃,掺杂元素为镱铝磷氟,内包层为纯石英玻璃,第一外包层为低折射率涂敷胶,目的是增加包层数值孔径,从而提高对泵浦光的吸收效率。随着光纤激光器功率的上升,外包层涂敷胶需要承受更高的热效应,因此成为限制高功率激光光纤功率进一步提升的瓶颈。双包层结构光纤很难实现在高功率条件下长期稳定运转。杨德权等提出了一种三包层光纤激光器的全套技术方案,对三包层掺镱石英光纤提出了明确的需求(专利申请号201910570517.7)。

Pierre等(SPIE,2007,第6453卷,645308-1)提出了一种以掺锗石英玻璃作为第一包层,纯石英作为外包层的三包层结构,该结构受到掺锗石英玻璃折射率的限制,包层数值孔径被限制在0.15以下,采用LD直接泵浦光纤的方式很难获得足够的包层泵浦注入功率,难以实现高功率输出。

林傲祥等(IEEE photonics Journal,2019,第11卷,第2期)报道了一种外包层为含氟石英玻璃,内包层为纯石英玻璃,芯部组成为0.17molYb2O3,Yb2O3:Al2O3:P2O5=1:10:10(mol比)的掺镱石英玻璃,其最大输出功率只有1800W,但其没有提及制约输出功率进一步提升的原因。此外目前采用双包层结构光纤已经实现1800W的光纤激光器商用应用,这样的输出功率水平没有必要采用三包层结构光纤。

专利(CN109502961A)提出了一种抗光暗化的掺镱石英光纤组分,其Yb2O3、Al2O3、P2O5在整个物质中的占比分别为:Yb2O3:0.05~0.3mol%,Al2O3:1~3mol%,P2O5:1~5mol%。专利保护的掺镱石英组分不含CeO2,在千瓦级的激光器中尚能保持较好的抗暗化特性。但对于万瓦光纤激光器应用的光纤暗化性能有更高的要求。因此,本专利结合超高功率激光器的工作特点,进一步优化了上述组分范围。

高浓度氟层石英管套棒是三包层光纤预制棒制备过程中的工艺难点,主要难点是如何避免套棒过程中产生气泡。由于氟层玻璃熔沸点很低,在高温下玻璃中的氟很容易挥发,如果工艺控制不当,挥发产生的气体很容易包裹在氟层玻璃和正八边形预制母棒界面处,产生气泡。气泡在拉制成光纤后成为散射点,高功率条件下容易成为光纤的损伤点,从而大大降低光纤能够承受的功率。目前尚无相关文献或专利报道高浓度氟层石英管套棒的工艺。

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