[发明专利]新型铋铒共掺石英光纤预制棒、应用及制备方法

说明书

本申请公开了一种新型铋铒共掺石英光纤预制棒、应用及制备方法，涉及光纤领域。所述新型铋铒共掺石英光纤预制棒，由于芯层采用共掺铒离子和铋原子的二氧化硅材料，通过二者间的相互作用，从而得到近红外发光，并拓宽发光带。由新型铋铒共掺石英光纤预制棒制成器件，应用于光纤放大器和光纤激光器中，得到具有近红外发光的光纤放大器和光纤激光器。新型铋铒共掺石英光纤预制棒的制备采用螯合物气相掺杂技术结合改进型气相沉积技术进行制备，结构和操作工艺简单，易于控制。

技术领域

本申请涉及光纤材料领域，特别是涉及一种新型铋铒共掺石英光纤预制棒、应用及制备方法。

背景技术

随着宽带业务的迅猛发展和光纤通信系统的不断提升，传统掺铒光纤放大器(EDFA)由于稀土材料铒的增益带宽无法超过100纳米而很难满足当今光纤通信系统的需求。而且通过增加铒的浓度来弥补这个不足也行不通，这是因为过多的Er存在容易自发形成团簇，从而引起浓度淬灭。2001年，Fujimoto等报道了掺铋石英材料的宽带发光特性，自此之后人们对掺铋光纤材料进行了广泛的研究。2008年，常德远等人将铋原子掺杂在掺铒石英光纤中，发现铋的存在不仅抑制了铒离子团簇使掺入的铒离子浓度大大提高，而且还拓宽了光纤的发光带。因此，通过制备铋铒共掺石英光纤可以实现1100-1600nm波段的超宽范围光放大，克服掺铒光纤放大器增益带宽的固有限制，这对提高通信容量来说具有重要的作用。

根据目前已有的科学研究，虽然已经有比较好的铋铒共掺光纤被使用，但是制备掺铋的光纤还有几个问题需要考虑：(1)铋的近红外发光机理还不明确，存在争议，而且在高温下高价铋离子会发生分解，可能会得到含有多种价态铋的混合物，比如Bi₂O₃在高温条件下不稳定，容易分解为Bi-clusters或微纳粒子，所以要合理的控制温度条件。(2)增加还原剂(如CO)可使铋掺杂玻璃的近红外辐射的增加，高温、氧化环境可引起近红外辐射的减少。(3)铋浓度的增加，不仅会造成处于非近红外辐射波段的铋离子数量增加，还会造成光纤本身的损耗增大，将严重限制掺铋光纤放大器和激光器的性能。所以，应当合理优化铋铒共掺光纤的制备方法和过程，结合铒离子和铋原子存在的问题合理调整掺杂浓度，实现高效的近红外发光是目前制备铋铒共掺石英光纤的重要问题。

发明内容

本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种新型铋铒共掺石英光纤预制棒，包括：

外层，其材料为二氧化硅；和

芯层，其材料为共掺铒离子和铋原子的二氧化硅材料，通过二者间的相互作用，从而得到近红外发光，并拓宽发光带。

可选地，所述的近红外发光波长为～1270nm和～1530nm。

可选地，所述芯层中，所述铒离子和所述铋原子掺杂在高纯二氧化硅材料中。

根据本申请的另一个方面，提供了一种根据所述的新型铋铒共掺石英光纤预制棒的应用，所述新型铋铒共掺石英光纤预制棒制成器件，应用于光纤放大器和光纤激光器中。

根据本申请的另一个方面，提供了一种制备所述的新型铋铒共掺石英光纤预制棒的方法，其特征在于，按照如下步骤进行操作：

步骤100沉积管的腐蚀与清洗：选择石英管作为沉积管，使用氢氟酸对沉积管进行腐蚀直至到达预定直径，再使用去离子水对沉积管进行清洗；

步骤200沉积管抛光及干燥：在高温有氧环境下使用六氟化硫SF₆对石英管内壁进行抛光，除去管内壁的有机物等杂质，并使用喷灯加热沉积管使其保持干燥；