[发明专利]一种Bi/Er/La/Al共掺L波段或C+L波段石英光纤及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于高温掺杂改进化学气相沉积法（MCVD）和原子层沉积技术（ALD）结合，MCVD工艺与液相掺杂工艺结合，MCVD工艺与高温蒸发掺杂工艺结合或MCVD工艺与外部气相沉积（OVD）结合的Bi/Er/La/Al共掺L波段(1565‑1625nm)或C+L波段(1530nm‑1625nm)石英光纤及其制备方法，属于光纤技术领域。所述光纤由纤芯、内包层和包层组成，其特征在于所述纤芯由GeO₂材料构成，内包层由Bi/Er/La/Al共掺材料，包层由纯石英构成。利用高温掺杂MCVD和ALD技术交替沉积不同掺杂离子，沉积浓度为0.01~15.0mol%，或MCVD工艺与液相掺杂结合工艺，或MCVD工艺与外部气相沉积（OVD）结合。本发明的光纤具有掺杂浓度可控，掺杂组分均匀，荧光强度强，增益谱宽，增益高等优点，在宽带光纤通信传输与光放大及光传感领域等有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光纤技术领域，更具体的涉及一种Bi/Er/La/Al共掺石英光纤及其制备方法。

背景技术

随着光纤通信技术的快速发展，通信容量不断的增加，人们对通信的带宽、容量的需求越来越高。尤其最近几年， 5G 业务高速增长以及物联网与云计算的应用，在环境作用下导致互联网中网传输容量有限、带宽严重不足，甚至出现“容量危机”。因此，高可信下一代互联网的网络架构中需要具有超高速、超带宽、超大容量的通信系统。而常规的波分复用(WDM)与光纤放大器相结合的技术方案越来越显现出局限性；并且，密集波分复用（DWDM）信道间隔的不断降低，对于复用和解复用的技术难度越来越大。虽然，掺铒光纤放大器实现了光纤通信系统在C波段光中继放大，大大推动了光纤通信向全光传输方向发展，但掺铒光纤的增益带宽只有35 nm，仅覆盖石英光纤低损耗窗口的有限的小部分，已不能够满足用户的需求。

将掺铒光纤的增益谱拓宽至L波段，可实现更多波数的复用和解复用，对超宽带光信号传送，将具有重要的应用价值。本发明基于高温掺杂改进化学气相沉积法（MCVD）和原子层沉积技术（ALD），对L波段或C+L波段增益光纤进行了大量的实验研究，实现了宽带宽，高增益，对高速光纤通信的发展与光纤传感的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于根据高温掺杂改进化学气相沉积法或原子层沉积技术的优势，将氧化铋、氧化铒和氧化镧纳米材料与光纤制备相结合，提供一种Bi/Er/La/Al共掺L波段或C+L波段石英光纤及其制备方法。Bi离子与Er离子之间存在能量传递，可提高泵浦吸收效率；在掺Er光纤中加入Al元素可以提高Er的浓度，并促使Er能级进一步形成斯塔克分裂，使掺Er光纤的吸收截面和发射截面展宽，同时，本专利采用Bi/Er/La/Al四种元素共掺，选择La 作为共掺杂剂，是由于其作为镧系元素中分子量最小的元素，其4f电子层没有电子。因此，La 在光学上不活泼，在光通信波段没有吸收峰，对 Er 的吸收截面和发射截面几乎不产生影响，同时 La 对提高折射率有一定贡献。Er/La共掺光纤在1550 nm仍然是能级⁴I_13/2-⁴I_15/2 间跃迁。La在掺Er光纤中与其它稀土元素一样,占据 Si 网络体中间隙位置。当将Er元素和La元素一起掺杂进光纤芯层后，如果La离子的数量足够多，则几个La离子包围在1个Er离子四周，增大Er离子之间的间距，避免Er离子发生团聚现象，从而实现Er离子高浓度掺杂。在高浓度掺Er光纤中，Er离子吸收泵浦光后首先在Er光纤的前端产生 C波段的ASE，产生的 C波段的 ASE再被后端光纤中的Er离子吸收，作为二次泵浦源从而形成 L波段的ASE谱。该掺杂光纤具有背景损耗低、Er离子掺杂浓度高、荧光强度强，L波段的3dB增益谱宽，增益强，且结构简单，易于产业化等特点，可用于宽带光纤通信传输和放大，对高速光纤通信的发展将具有重大的推动意义。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：