专利名称：单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法
技术领域：
本发明涉及单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤
放大器、激光器、特种光纤领域。
背景技术：
掺稀土光纤放大器或激光器采用掺稀土元素(Nd， Sm， Ho， Er， Pr， Tm， Yb等)离子 光纤，利用受激辐射机制实现光的直接放大。 每种稀土元素的吸收截面与发射截面都不相同，导致对应光纤的工作波长也 不一样。例如，掺钕光纤工作波长为1000-1150nm，1320-1400nm;掺铒光纤工作波长 550nm， 850nm， 980-1000nm， 1500-1600nm， 1660nm， 1720nm， 2700nm ;惨镱光纤工作波长为 970-1040nm ;掺钍光纤工作波长为455nm，480nm，803-825nm， 1460-1510nm， 1700-2015nm， 2250-2400nm ;掺镨光纤工作波长为490nm， 520nm， 601-618nm， 631-641nm， 707-725nm， 880-886nm，902-916nm， 1060-1110nm， 1260-1350nm ;掺钬光纤工作波长为550nm， 753nm， 1380nm，2040-2080nm，2900nm。掺钐光纤工作波长为651nm，掺不同的玻璃基质的稀土离 子，其增益带宽与性质也有差异。例如纯硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波 谱宽为7. 94nm，而铝磷硅光纤玻璃基质的掺铒光纤，其1500nm增益半波谱宽为43. 3nm[W. J. Miniscalco. Optical andelectronic properties of rare—earth ions in glasses in rare—earth doped fiber lasers andamplifier. NewYork :Marcel Dekker. 2001， pp : 17-112]。现有的双包层光纤或者为单掺稀土的，或者为双掺稀土。即使是双掺稀土光纤， 也是利用两种掺稀土元素对泵浦源的吸收截面不同，以及两种距离很近的元素能级相互作 用，实现一种掺稀土元素吸收泵浦功率，另一种元素受激放大的目的，如铒镱共掺光纤。因 此，现有的双包层光纤放大信号带宽通常只有几十nm，当要放大不同的波长信号，且波长间 隔超过lOOnm时，就需要分别配置不同的双包层光纤，再进行信号合并，结构复杂且成本很 高。
发明内容
为了克服已有的传统双包层光纤仅仅只能放大很窄的波长范围，本发明提供一种
单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的 单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括N个独立掺稀土离子区，2《N《20
的整数，其中这N个掺稀土离子区中至少有两个区的掺稀土离子类型不同。 掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕
镱共掺离子、铒镱共掺离子。 单芯多掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，包括以下步骤 步骤一，将N根掺稀土离子双包层光纤的预制棒拉制成芯层直径相等的细棒，并 将这些细棒的外包层除掉，2《N《20的整数；
步骤二，对去掉外包层的N根细棒进行处理，使得细棒的芯层成扇形； 步骤三，将处理后的N根细棒组织起来，套上石英管，拉制成单芯多掺稀土离子区 双包层光纤。 按照上述步骤制作的单芯光纤，至少有两根双包层光纤的预制棒的掺稀土离子类 型不同。 步骤一中双包层光纤的预制棒掺稀土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离 子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子、铒镱共掺离子。 本发明的有益效果具体如下单芯多掺稀土离子区双包层光纤，可放大波长从 400nm至2900nm宽范围包含0、 E、 S， C， L， U/XL波段的信号。相对于传统放大多波段信号 中，需要对每一波段分别配置对应的掺稀土离子类型的双包层光纤再进行信号合并，显然， 采用多掺稀土离子多芯双包层光纤明显减少连接损耗，结构更加紧凑。双包层光纤的芯层 根据掺稀土离子的不同划分为不同的扇形区域，一方面使各掺稀土离子由于共用内包层使 得较大增益，另一方面，由于放大的光信号输出区域不一样，对相关的信号处理提供了方 便。采用单芯结构，使得这种光纤容易与普通光纤直接熔接。由于采用多根掺稀土离子不 全相同的双包层光纤预制棒来制作单芯多掺稀土离子区光纤，简化了制作工艺，结构紧凑， 受环境影响小等优点。
图1为单芯四个掺稀土离子区双包层光纤截面图。
图2为单芯两个掺稀土离子区双包层光纤截面图。
图3为单芯十个掺稀土离子区双包层光纤截面图。
图4为单芯二十个掺稀土离子区双包层光纤截面图。
图5为图4的芯层掺稀土离子区的截面图。
具体实施例方式
本发明不涉及掺稀土离子纤芯双包层光纤预制棒的制作，这些均为专利或文献报 道的技术。 下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一 单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括独立的掺钕离子区、掺钬离子区、掺 铒离子区与掺镱离子区，参见图1。 上述单芯四个掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，详细描述如下
步骤一，制作掺稀土离子双包层光纤预制棒四根，四根光纤预制棒掺稀土离子 分别为钕离子、钬离子、铒离子与镱离子，四根光纤预制棒内包层的形状均为圆角矩形； 将这四根的不同掺稀土离子双包层光纤预制棒拉制成芯层直径均为10mm的圆角矩形 (200X160mm)内包层的细棒。 步骤二，用氢氟酸将上述四根芯层直径均为lOmm的细棒的外包层腐蚀掉，留下内 包层和芯层两层。 步骤三，对去掉外包层的四根细棒进行激光切割，使每根细棒的芯层均为弧度为^/2的扇形。 步骤四，将步骤三处理后的四根细棒组织起来，套上内径为200mm的石英管。
步骤五，将完成步骤四的细棒拉丝，拉制成芯层直径为lym的单芯四个掺稀土离 子区双包层光纤。其中内包层2的形状为圆角矩形，外包层1的形状为圆形，芯层内区分为 四个区域掺钕离子区域3、掺钬离子区域4、掺铒离子区域5和掺镱离子区域6，如图1所 示。 实施例二 单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括独立的掺钬离子区、镱铒共掺离子 区，参见图2。
上述一种单芯两个掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，详细描述如下 步骤一，制作掺稀土离子双包层光纤预制棒二根，二根光纤预制棒掺稀土离子分
别为钬离子、铒镱共掺离子，二根预制棒的内包层的形状均为圆形；将这二根不同掺稀土离
子双包层光纤预制棒拉制成芯层直径均为5mm，内包层直径为150mm的细棒。 步骤二，用激光切割的办法将上述二根细棒的外包层去掉，留下内包层和芯层两层。 步骤三，对去掉外包层的细棒进行研磨处理，使得铒镱共掺的细棒芯层和内包层
均为2 Ji /3弧度的扇形，掺钬离子的细棒芯层和内包层为Ji /3弧度的扇形。 步骤四，将步骤三处理后的二根细棒组织起来，套上内径为150mm的石英管。 步骤五，将完成步骤四的棒拉丝，拉制成芯层直径为8ym的单芯两个掺稀土离子
区双包层光纤。其中内包层2的形状为圆形，外包层1的形状为圆形，芯层内分为二个区域
铒镱离子共掺区域7和掺钬离子区域8，如图2所示。 实施例三 单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括独立的掺钕离子区、钬离子区、铒离 子区、镱离子区、铒镱共掺离子区、钕镱共掺离子区、铒离子区、镱离子区、铒镱共掺离子区、 铒离子区，参见图3。
上述单芯十个掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，详细描述如下 步骤一，制作掺稀土离子双包层光纤预制棒十根，十根光纤预制棒掺稀土离子分
别为钕离子、钬离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子、铒离子、镱离子、铒镱
共掺离子、铒离子，十根预制棒的内包层的形状均为正八边形；将这十根掺稀土离子双包层
光纤预制棒拉制成芯层直径均为lmm，内包层直径为40mm的细棒； 步骤二，用研磨的办法将上述十根细棒的外包层去掉，留下内包层和芯层两层；
步骤三，对去掉外包层的细棒进行氢氟酸腐蚀处理，使得每根细棒芯层和内包层 均为n/5弧度的扇形； 步骤四，将步骤三处理后的十根细棒组织起来，套上内径为40mm的石英管；
步骤五，将完成步骤四的棒拉丝，拉制成芯层直径为10 ii m的单芯十个掺稀土离 子区双包层光纤。其中内包层2的形状为八角矩形，外包层1的形状为圆形，芯层内分为十 个区域钕离子区域9、钬离子区域10、铒离子区域11、15与18、镱离子区域12与16、铒镱 共掺离子区域13与17、钕镱共掺离子区域14，如图3所示。
实施例四
单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括独立的掺钕离子区、掺钬离子区、掺 铒离子区、掺镱离子区、铒镱共掺离子区、钕镱共掺离子区、掺钐离子区、掺钍离子区、掺镨 离子区、掺铒离子区、掺镱离子区、铒镱共掺离子区、掺镱离子区、铒镱共掺离子区、掺钍离 子区、掺镨离子区、铒镱共掺离子区、钕镱共掺离子区、掺钕离子区、掺钬离子区，参见图4 与图5。
上述单芯二十掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，详细描述如下 步骤一，制作掺稀土离子双包层光纤预制棒二十根，二十根光纤预制棒芯层掺稀
土离子分别为钕离子、钬离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、钕镱共掺离子、钐离子、钍
离子、镨离子、铒离子、镱离子、铒镱共掺离子、镱离子、铒镱共掺离子、钍离子、镨离子、铒镱
共掺离子、钕镱共掺离子、钕离子、钬离子；二十根预制棒的内包层的形状均为圆形；将这
二十根掺稀土离子双包层光纤预制棒拉制成芯层直径均为2mm，内包层直径为80mm的细
棒； 步骤二，用研磨的办法将上述二十根细棒的外包层去掉，留下内包层和芯层两 层； 步骤三，对去掉外包层的细棒进行机械切割处理，使得每根细棒芯层和内包层均 为n/10弧度的扇形； 步骤四，将步骤三处理后的二十根细棒组织起来，套上内径为80mm的石英管；
步骤五，将完成步骤四的棒拉丝，拉制成芯层直径为20 ii m的单芯二十个掺稀土 离子区双包层光纤。如图4所示，内包层2的形状为圆形，外包层1的形状为圆形。图5为 图4中芯层100的放大显示，芯层100内分为二十个区域钕离子区域19与37、钬离子区 域20与38、铒离子区域21与28、镱离子区域22、29与31、铒镱共掺离子区域23、30、32与 35、钕镱共掺离子区域24与36、钐离子区域25、钍离子区域26与33、镨离子区域27与34，
实施例五 单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其芯层包括N个独立掺稀土离子区，2《N《20
的整数，其中这N个掺稀土离子区中至少有两个区的掺稀土离子类型不同。 上述单芯多掺稀土离子区双包层光纤的制作方法 步骤一，制作掺稀土离子双包层光纤预制棒N根，N为2到20之间的整数，N根光 纤预制棒芯层掺稀土离子不全相同，内包层形状为任意形状，将掺稀土离子双包层光纤预 制棒拉制成芯层直径相等的细棒，细棒芯层直径为1 10mm ; 步骤二，用研磨或激光切割或机械切割或氢氟酸腐蚀的办法将上述二十根细棒的 外包层去掉，留下内包层和芯层两层； 步骤三、对去掉外包层的细棒进行研磨或激光切割或机械切割或氢氟酸腐蚀处 理，使得细棒的芯层为扇形； 步骤四、将处理后的细棒组织起来，套上石英管； 步骤五、将完成步骤四的棒拉丝，拉制成芯层直径为1 20ym的单芯二十个掺稀 土离子区双包层光纤。
权利要求
单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其特征为芯层包括N个独立掺稀土离子区，2≤N≤20的整数，其中这N个掺稀土离子区中至少有两个区的掺稀土离子类型不同。
2. 根据权利要求1所述的单芯多掺稀土离子区双包层光纤，其特征为掺稀土离子类 型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子、铒镱共掺离子。
3. 单芯多掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，其特征为包括以下步骤 步骤一，将N根掺稀土离子双包层光纤的预制棒拉制成芯层直径相等的细棒，并将这些细棒的外包层除掉，2《N《20的整数；步骤二，对去掉外包层的N根细棒进行处理，使得细棒的芯层成扇形；步骤三，将处理后的N根细棒组织起来，套上石英管，拉制成单芯多掺稀土离子区双包层光纤。
4. 根据权利要求3所述的单芯多掺稀土离子区双包层光纤的制作方法，其特征为掺稀土离子双包层光纤的预制棒中至少有两根预制棒的掺稀土离子类型不同，预制棒的掺稀 土离子类型包括钕离子、铒离子、镱离子、钍离子、镨离子、钬离子、钐离子、钕镱共掺离子、 铒镱共掺离子。
全文摘要
单芯多掺稀土离子区双包层光纤及其制作方法，属于大功率宽带光纤放大器、激光器、特种光纤领域，同时放大O、E、S，C，L，U/XL波段的信号。该双包层光纤单芯结构，容易与普通光纤直接熔接，其芯层包括N个独立的不完全相同的掺稀土离子区，2≤N≤20。其制作步骤步骤一，将2≤N≤20根掺稀土离子双包层光纤的预制棒拉制成芯层直径相等的细棒，并将这些细棒的外包层除掉；步骤二，对去掉外包层的N根细棒进行处理，使得细棒的芯层成扇形；步骤三，将处理后的N根细棒组织起来，套上石英管，拉制成单芯多掺稀土离子区双包层光纤。采用光纤预制棒来制作单芯多掺杂光纤，简化了制作工艺，结构紧凑，受环境影响小。
文档编号C03B37/025GK101694534SQ20091023616
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月22日 优先权日2009年10月22日
发明者周倩, 宁提纲, 李晶, 祁春慧, 胡旭东, 裴丽, 魏淮 申请人:北京交通大学;