[发明专利]铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用。所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤包括纤芯以及包覆在所述纤芯表面的包层；所述包层为氟硫磷酸盐玻璃，所述纤芯为铒镱共掺的氟硫磷酸盐玻璃。上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤增益高，有利于实现低阈值、高效率激光输出。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤及其制备方法和应用。

背景技术

光纤器件是指将光纤加工处理成具有某种功能的光电子器件。其中以单模光纤为基础的光纤器件获得广泛应用。在光纤通信中可应用的光纤器件主要有光纤放大器、光纤激光器、光纤耦合器、光纤偏振器和光纤滤波器等。其中，以光纤放大器、光纤激光器的应用较为广泛。

光纤激光器具有结构紧凑、易于实现单模激光输出、便于维护等优点，应用广泛。光纤放大器是在光纤的纤芯中掺入稀土离子，通过稀土离子对信号光的受激辐射作用，使通过的信号光得到放大。1.5μm波段激光位于第三通信窗口，基于受激辐射放大原理制成的掺铒光纤放大器是通信领域的重要部件，大幅度扩展了通信容量、提高了传输速率。此外，1.5μm激光位于“人眼安全”波段，在光纤传感、激光雷达等领域具有重要应用价值。而增益光纤是上述应用场景的核心要素。

目前而言，1.5μm波段增益光纤由稀土离子Er³⁺和基质玻璃两部分组成，通常共掺Yb³⁺提高泵浦光吸收效率，基质玻璃则通常采用石英玻璃。但是，传统的石英玻璃稀土溶解度低(～10¹⁹ions/cm³)，因而单位增益较小，不利于光纤器件小型化、集约化。另有方法采用磷酸盐玻璃作为基质玻璃，但是制作得到的单模光纤在1535nm处的单位增益为4.20dB/cm，有待进一步的提升。此外，其光纤增益曲线随泵浦功率增大提升慢，在～270mW左右才达到峰值～4.20dB/cm，在低阈值、紧凑型单频光纤激光器及高重频光纤激光器等领域应用时将会导致较高的阈值。

发明内容

基于此，本发明的目的之一在于提供一种高增益的铒镱(Er³⁺/Yb³⁺)共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤。本发明的另一目的在于提供上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的制备方法。本发明的另一目的在于提供上述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤在光纤器件中的应用。

本发明的第一方面，提供一种铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤，其包括纤芯以及包覆在所述纤芯表面的包层；所述包层为氟硫磷酸盐玻璃，所述纤芯为铒镱共掺的氟硫磷酸盐玻璃。

在其中一个实施例中，所述氟硫磷酸盐玻璃中的组分包括：KPO₃、Zn(PO₃)₂、AlF₃和Na₂SO₄。

在其中一个实施例中，所述包层中各组分的摩尔百分比为：KPO₃ 5％～75％、Zn(PO₃)₂ 10％～60％、AlF₃ 1％～40％和Na₂SO₄ 1％～30％。

在其中一个实施例中，所述纤芯中各组分的摩尔百分比为：KPO₃ 5％～75％、Zn(PO₃)₂ 10％～60％、AlF₃ 1％～40％、Na₂SO₄ 1％～30％、ErF₃ 0.1％～10％和YbF₃ 0.1％～10％。

在其中一个实施例中，所述铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的截止波长为1.5μm，1535nm处增益为3～5dB/cm。

本发明的第二方面，提供如上所述的铒镱共掺氟硫磷酸盐玻璃单模光纤的制备方法，包括如下步骤：