[发明专利]一种高功率用光敏型铒镱共掺光纤及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高功率用光敏型铒镱共掺光纤及其制备方法，属于光纤技术领域。光纤截面结构由内到外包括第一芯层(101)、第二芯层(102)、渐变层(103)、第一包层(104)、第二包层(105)和外部涂层(106)，第一芯层为Er、Yb、P、F掺杂的石英；第二芯层为Ge、P掺杂的石英；第一、二芯层构成纤芯数值孔径NAsubgt;芯/subgt;为0.06～0.09；渐变层为Al、F掺杂的石英，折射率差逐渐降低；第一包层(104)为纯石英层。通过固相升华掺稀Er、Yb的方式实现高浓度均匀掺杂，使掺杂元素始终处于均匀分布的状态。同时，多步法掺磷工艺，有利于高浓度掺磷的实现，并有效防止高浓度稀土元素掺杂情况下所出现的团簇或析晶现象，从而提升整棒掺杂均匀性。

技术领域

本发明涉及光纤及其制备方法，属于光学与激光光电子技术领域。

背景技术

近年来，高功率铒镱共掺光纤激光器因具有“人眼安全”和在光纤及大气中的低损耗特性，广泛用于光纤通信、激光雷达、卫星遥感和精密测量中。作为百瓦量级的1.5μm高功率光纤激光器的核心部件，铒镱共掺光纤的制备及优化升级越来越收到研究人的关注。

铒镱共掺光纤的难点在于如何实现高浓度的铒、镱离子的掺杂以及纤芯P₂O₅的高浓度掺入，同时又要保持光纤具有足够的光敏特性。目前，典型的铒镱共掺光纤普遍采用气相掺磷+液相掺稀土或者采用气相掺磷+螯合物掺稀土离子的方式进行，此种方式下掺磷，会造成纤芯中心凹陷明显，磷元素挥发严重，使光纤模式发生不可逆突变。同时，高浓度稀土元素掺杂，会普遍造成光纤析晶或浓度淬灭现象的发生，因此，亟需解决高浓度掺稀土下芯棒析晶的问题。

业内在制备铒镱共掺光纤时，普遍采用气相沉积+螯合物气相掺杂或气相沉积+液相掺杂的方式，且磷元素较难实现高浓度掺杂。中国专利文献202010477756.0公开了一种制备掺稀土光纤的气相-液相复合掺杂方法，介绍了利用溶液掺杂的方法进行稀土离子的高浓度掺杂，但掺磷含量较低。中国专利文献200410029810.6公开了双包层掺稀土光纤及其制造方法，在实施例中提供一种铒镱共掺光纤的制备过程。

发明内容

针对目前铒镱共掺光纤在掺P工艺及铒镱共掺技术上的不足，本发明提供一种高功率用光敏型铒镱共掺光纤及其制备方法，光纤在芯层结构上设计为台阶式，两层芯层，第一芯层富含大量Er、Yb、P、F等元素，第二芯层富含大量Ge、P元素，第一芯层和第二芯层分别的相对折射率采用台阶型设计，以此让光纤具有足够低的数值孔径，实现激光高光束质量输出。采用多步法掺P+气相掺稀土的掺杂工艺，可以实现P和稀土掺杂浓度的双提升，避免析晶及失透现象的出现，保证更高功率激光输出。

本发明所提供的的铒镱共掺光纤在1.5μm波段可以实现百瓦级平均光功率输出，同时由于较低的数值孔径，可实现优异的光束质量及光敏特性，工艺简单，可操作性强，有效降低生产制造成本，有利于1.5μm波段光纤激光器或光纤放大器在数据通信、激光雷达和激光医疗等领域的应用。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高功率用光敏型铒镱共掺光纤，光纤截面结构由内到外依次包括同心设置的第一芯层、第二芯层、渐变层、第一包层、第二包层和外部涂层。

所述第一芯层为含有Er、Yb、P、F掺杂元素的石英，相对于纯石英的折射率差Δ1为0.016～0.019；第一芯层直径d1:20～35μm，纤芯形状为圆形，其中Er的摩尔百分比为0.1～0.2mol％，Yb的摩尔百分比为1.3～2.0mol％，P的摩尔百分比为10～17mol％，F的摩尔百分比为0.1～0.15mol％，纤芯中掺氟是为了改善疏松体流动性。

所述第二芯层为含有Ge、P掺杂元素的石英，相对于纯石英的折射率差Δ2为0.013～0.016；芯层形状为圆形，外径d2：45～60μm，其中Ge的摩尔百分比为8～12mol％，P的摩尔百分比为0.5～1.0mol％。