[发明专利]基于离子注入技术修饰的全单晶光纤、制备方法及其数值孔径调控和应用

权利要求书

1.一种基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，该全单晶光纤包括离子注入所形成的高掺杂纤芯和高掺杂纤芯表面的低掺杂或非掺杂包层；所述的高掺杂纤芯和包层的材质相同，所述的包层可实现高掺杂纤芯内部光束的全反射；所述的全单晶光纤的材料为一致熔融的激光基质晶体材料；当包层由低掺杂离子区域组成时，高掺杂纤芯的掺杂浓度大于包层的掺杂浓度，掺杂离子均匀掺杂；所述的包层为离子注入形成的全单晶光纤边缘低掺杂或非掺杂区域，所述包层的折射率低于高掺杂纤芯的折射率；

该全单晶光纤是在纯相单晶光纤中采用离子注入技术，将激活离子注入到高掺杂纤芯位置，同时提高高掺杂纤芯内部折射率，从而与外部低折射率区域相匹配形成具有全反射结构的光波导；

所述高掺杂纤芯的离子掺杂浓度范围为0.5~30at.%，所述的低掺杂的包层的离子掺杂浓度≤1at.%；所述的全单晶光纤的直径为20-1000 μm，离子注入形成的高掺杂 纤芯截面为圆形或多边形，直径5-1000μm可调。

2.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，所述的激光基质晶体材料为氧化物或氟化物晶体材料。

3.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，所述的激光基质晶体材料为蓝宝石、YAG、LuAG、CGA、ZrO₂、Lu₂O₃、Y₂O₃、Sc₂O₃、HfO₂、LYF或LiLuF₄。

4.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，用于离子注入的离子为所有激光工作物质中的离子。

5.根据权利要求4所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，用于离子注入的离子为稀土离子或过渡金属离子。

6.根据权利要求5所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，所述的稀土离子为Nd³⁺、Yb³⁺、Tm³⁺、Ho³⁺或Er³⁺；所述的过渡金属离子为Cr³⁺、Ti³⁺、Fe²⁺、Co³⁺或Ni²⁺。

7.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，包层的厚度为全单晶光纤纵截面直径的10%-90%。

8.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，所述的全单晶光纤的长度为0.5~200 cm。

9.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，所述的全单晶光纤的端面形状为圆形或多边形。

10.根据权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤，其特征在于，离子注入形成的高掺杂纤芯与低掺杂包层或非掺杂包层之间的折射率变化为突变型过渡或渐变型过渡。

11.制备权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤的方法，其特征在于，采用MEVVA离子源将所需离子注入到单晶光纤内部合适的位置。

12.根据权利要求11所述的制备基于离子注入的全单晶光纤的方法，其特征在于，注入温度RT-500℃，注入能量5-800KeV，掺杂计量10¹¹-10¹⁷/cm²，掺杂深度范围0.1-50μm，掺杂精度≤±1%。

13.权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤在传感测温、传感测压、光通讯、高能激光领域的应用。

14.包含权利要求1所述的基于离子注入的全单晶光纤的温度传感器、压力传感器或光学传感器。