[发明专利]一种超低噪声系数有源光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超低噪声系数有源光纤，由外向内依次包括：外层结构、内层结构和空心区域，所述空心区域中布置有微毛细管；内层结构的内表面或外表面有掺杂区。在制备过程中，通过在内套管内侧或外侧掺杂稀土离子，有效的降低光纤放大器或者光纤激光器中的噪声系数，从而使光‑光转换效率提高，并实现高阶模式输出。与实芯有源光纤相比，具有低传输损耗、噪声系数低、抗辐射、传输性能易调节的优点。用该光纤作为增益介质组成的激光器和放大器相比于常规的实芯增益光纤组成的激光器和放大器而言，具有转换效率高、稳定性高、线宽窄以及单色性好等优势，同时有一定克服极端环境的能力。

技术领域

本发明涉及特种光纤技术领域，特别是涉及一种超低噪声系数有源光纤及其制备方法。

背景技术

进入21世纪以后，随着数据传输容量的爆炸式增长、光纤激光器功率与脉宽的不断突破、以及极端环境下复杂传感阵列的紧迫应用需求，石英作为光纤材料具有的本征缺陷，如非线性、色散、光致损伤、紫外中红外不通光等缺点，逐渐变得显著起来。

现阶段的空芯反谐振光纤通过构建包层结构在空气纤芯中实现超低损耗、低非线性、低色散、低延迟的宽带导光，但在使用过程中无法转化为高阶模式输出，难以作为增益介质用在光纤激光器和光纤放大器中，并且该光纤的噪声系数较高，光-光转换效率还有待提升。

另外，在航天技术、核爆检测、核反应堆检测等环境中的辐射都会在一定程度上引起上述光纤的辐射损伤，从而直接导致该光纤传输功率下降，固有损耗增加，严重时会直接影响到该光纤使用过程中的安全性与可靠性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种超低噪声系数有源光纤及其制备方法。相比于实芯传统有源光纤，其具有低损耗、低噪声和抗环境干扰能力强等优点；将其应用于激光器和放大器中，具有转换效率高、稳定性高、线宽窄以及单色性好等优势。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种超低噪声系数有源光纤，由外向内依次包括：外层结构、内层结构和空心区域，所述空心区域中布置有微毛细管；内层结构的内表面或外表面有掺杂区。

所述微毛细管的数量为4-20个，管壁厚度为0.2-1μm。

所述微毛细管的径向截面呈圆形、椭圆形、泪滴型、正多边形或双孔纺锤形。

所述微毛细管彼此间隔并紧贴于内层结构内表面呈均匀周向分布。

所述的外层结构与内层结构的材料为二氧化硅、重金属氧化物、硫化物玻璃、氟化物玻璃或碲化物玻璃。

所述掺杂区单掺或共掺铽、铈、镱、钕、铋、铅、铒、钬、铥、镨中的一种或几种的组合，掺杂浓度在0.5wt％-15.0wt％，厚度为0.01μm-1μm。

所述超低噪声系数有源光纤覆盖的波段为紫外级近紫外波段(160-400nm)，可见光级近红外波段(400-2000nm)，近红外及中红外波段(2000-10000nm)，其最低损耗为3-10dB/km。

所述超低噪声系数有源光纤支持LP₀₁(HE₁₁)、LP₁₁(HE₂₁、TE₀₁、TM₀₁)、LP_n1(HE_n+1,1、EH_n-1,1，n＝1,2,…10)高阶模式，以及轨道角动量模式(Orbital Angular Momentum Mode，OAM)，OAM_±n(n＝1,2,…10)模式输出，模式纯度大于65％。

一种超低噪声系数有源光纤的制备方法，包含以下步骤：

步骤1：选取一根套管，在套管内侧或外侧沉积有源掺杂区；