[发明专利]掺稀土空芯反谐振光纤及其制备方法

说明书

本发明提供一种掺稀土空芯反谐振光纤及其制备方法。其中，掺稀土空芯反谐振光纤，包括：外包层；多个玻璃管环，所述玻璃管环包括含有稀土离子的沉积层，多个所述玻璃管环固定于所述外包层的内壁；空气纤芯，多个所述玻璃管环环绕于所述空气纤芯。本发明给出的掺稀土空芯反谐振光纤，通过将稀土离子引入到玻璃管环内，在激光传输的过程中，利用玻璃管环内稀土离子引起的增益机制实现光放大，使得该光纤能够进行光光转换，同时具备光放大和激光传输的功能，拓宽了空芯反谐振光纤在光纤激光器中的应用场景。

技术领域

本发明涉及光传输技术领域，尤其涉及一种掺稀土空芯反谐振光纤及其制备方法。

背景技术

光纤激光器以有源光纤作为增益介质，具有体积小、光束质量好、转换效率高、散热性能好等优点，已经被广泛应用在工业加工，医学医疗以及航天航空领域。光纤激光器主要采用的是掺稀土双包层大模场光纤，其主要工艺特征是在高纯的石英玻璃材料基体里掺入一种或多种稀土元素，然后拉制成特定形状的光纤。但是在长距离大功率激光传输过程中，传统的有源光纤因为二氧化硅材料本身具有较强的非线性效应，会引发波长转换与激光损伤，这从根本上限制了石英光纤传输激光的能力，同样也制约了高功率光纤激光器的发展。

相对于实芯光纤而言，空芯光纤主要是将能量束缚在空气纤芯中，减少了石英材料的使用，从根本上解决石英材料的本征问题。根据光纤的导光机理和光纤结构，可以将空芯光纤大致分为空芯带隙光子晶体光纤(PBG-PCF)和空芯反谐振光纤(NANF，anti-resonant nodeless fibre)。其中，空芯带隙光子晶体光纤主要利用光子带隙效应来导光，因此决定了该种光纤带宽窄，纤芯表面模式散射等问题。而空芯反谐振光纤则是以泄露模的方式进行导光，当纤芯中光的横向传播常数与石英管环不发生谐振时就是一个可以导光的窗口。近些年，由于空芯反谐振光纤具有更宽的传输光谱、更高的激光阈值损伤以及更低的传输损耗等优点，迅速成为国际研究的热点。

空芯反谐振光纤一般采用在玻璃管内嵌套等间距玻璃管环的结构，通过纤芯周围石英薄壁的反谐振效应叠加纤芯-玻璃管环内的模式耦合进行导光。由于其独特的结构设计，空芯反谐振光纤可以用来传输近、中红外波段(0.7-25um)光谱，并被广泛地应用于各种波长的光纤激光器中。但是，空芯反谐振光纤并不能像传统掺稀土光纤一样在传输光的同时进行光放大，这限制了空芯反谐振光纤在高功率光纤激光器中的集成应用。

发明内容

本发明提供一种掺稀土空芯反谐振光纤及其制备方法，用以解决现有技术中空芯反谐振光纤无法像传统的有源光纤一样进行光放大的缺陷，实现光纤同时具备光放大和激光传输的功能。

本发明提供一种掺稀土空芯反谐振光纤，包括：

外包层；

多个玻璃管环，所述玻璃管环包括含有稀土离子的沉积层，多个所述玻璃管环固定于所述外包层的内壁；

空气纤芯，多个所述玻璃管环环绕于所述空气纤芯。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述外包层的内壁的截面呈多边形。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述外包层的内壁的截面呈正多边形，所述正多边形的边数大于四。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述外包层的内壁的每一边至少固定一所述玻璃管环。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述稀土离子包括Yb、Er、Tm、Nd、Dy、Pr、Ho中的一种或其组合。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述玻璃管环还包括石英玻璃层，所述石英玻璃层和所述沉积层相贴合，所述石英玻璃层位于所述玻璃管环的内层，所述沉积层位于所述玻璃管环的外层。

根据本发明提供的一种掺稀土空芯反谐振光纤，所述玻璃管环的数值孔径为0.05～0.3。