[发明专利]泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤及其制备方法

说明书

本发明涉及增益光纤领域，尤其涉及一种泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤及其制备方法。本发明的光纤包括沿径向由内而外依次设置的纤芯层、包层和涂覆层；所述纤芯层的折射率大于所述包层的折射率，所述包层的折射率大于所述涂覆层的折射率，所述纤芯层包括基体SiO₂、降低折射率组分以及稀土氧化物，所述降低折射率组分和所述稀土氧化物的掺杂浓度沿轴向均呈渐变趋势，且所述降低折射率组分掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的减小速率大于所述稀土氧化物掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的增加速率。本发明通过合理的设计可以实现泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变，制备过程简单，稳定性好。

技术领域

本发明涉及增益光纤领域，尤其涉及一种泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤及其制备方法。

背景技术

在光纤激光领域，增益光纤是核心器件之一。目前泵浦吸收及纤芯数值孔径均匀的增益光纤由于结构简单易于生产而应用最多。但是，这种增益光纤盘绕在水冷板上时由于内圈盘绕半径更小导致吸收偏大而造成内圈温度偏高，温度的升高会带来模式不稳定的发生，此外内圈盘绕半径较小时弯曲损耗较大可能造成基模损耗导致激光器功率难以进一步的提升。

后来研发出一些轴向渐变设计的光纤，但通常泵浦吸收与纤芯数值孔径呈正相关，无法实现增益光纤一端泵浦吸收低、纤芯数值孔径高而另一端泵浦吸收高、纤芯数值孔径低，即无法实现泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向负相关渐变。对于泵浦吸收与纤芯数值孔径呈正相关的光纤，在使用过程中如果将泵浦吸收高、纤芯数值孔径大的一端盘绕在内圈，由于内圈盘绕半径小导致泵浦吸收进一步增大而造成内圈温度偏高；如果将泵浦吸收小、纤芯数值孔径小的一端盘绕在内圈，由于内圈盘绕半径小，弯曲损耗大，可能造成基模损耗导致激光器功率难以进一步的提升。

例如，CN 110028236 A公开了一种离子掺杂浓度纵向渐变的光纤及其制备方法，通过控制二氧化硅疏松层的不同区域浸泡溶液时间的不同制备了带有稀土离子掺杂浓度纵向渐变区域的光纤预制棒以及纤芯区域稀土掺杂离子分布在半径方向上均匀，而在光纤长度方向上掺杂离子浓度呈渐变的增益光纤，采用该方法制备的增益光纤由于不同次浸泡溶液之间距离控制无法实现无限小的渐变，会造成增益光纤纵向掺杂离子浓度出现梯度渐变。CN 113603352 A公开了一种轴向掺杂浓度渐变有源光纤预制棒及其制备方法，通过沉积温度的轴向渐变在反应管内壁分区沉积疏松层，实现了掺杂离子浓度的轴向渐变。由于在同一掺杂体系下纤芯数值孔径与掺杂浓度呈正相关，上述两项技术所采用的方法制备增益光纤的纤芯数值孔径会随着掺杂离子浓度的渐变而正向渐变，无法实现掺杂离子浓度与纤芯数值孔径的反向渐变。

发明内容

本发明的目的是提供一种泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤及其制备方法，该光纤可以实现泵浦吸收沿光纤轴向逐渐变大而纤芯数值孔径沿光纤轴向逐渐变小。

本发明提供一种泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤，包括沿径向由内而外依次设置的纤芯层、包层和涂覆层；

所述纤芯层的折射率大于所述包层的折射率，所述包层的折射率大于所述涂覆层的折射率，

所述纤芯层包括基体SiO₂、降低折射率组分以及稀土氧化物，所述降低折射率组分和所述稀土氧化物的掺杂浓度沿轴向均呈渐变趋势，且所述降低折射率组分掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的减小速率大于所述稀土氧化物掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的增加速率。

根据本发明提供的泵浦吸收与纤芯数值孔径沿轴向呈负相关单调渐变的光纤，所述降低折射率组分掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的减小速率大于等于1*10^-6/m；

和/或，所述稀土氧化物掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的增加速率大于等于0.5*10^-6/m，且小于所述降低折射率组分掺杂浓度渐变贡献的折射率沿轴向的减小速率。