一种吸收渐变掺镱光纤、预制棒及其制备方法与流程

本发明涉及高能激光光纤制造，具体涉及一种吸收渐变掺镱光纤、预制棒及其制备方法。

背景技术：

1、光纤激光器因其具有输出光束质量好、散热性能好、稳定性强优点，目前广泛应用于切割、焊接、标记、激光清洗等领域。随着应用领域的不断拓展和加工效率的要求不断提高，对光纤激光器的输出功率和稳定性提出了更高的要求。目前在高功率光纤激光器中，模式不稳定限制了单纤功率的进一步提升；光纤的局部温度过高造成光纤损伤甚至烧毁，影响光纤激光器的长期稳定性。

2、掺镱光纤在泵浦光注入段粒子反转数较多，光纤发热明显，远离泵浦注入段的掺镱光纤发热量较少。这种热量的不均匀分布，会导致热致光栅效应，最终导致模式不稳定现象的发生，光纤的效率会明显下降。此外，泵浦注入段的温度过高，会存在光纤损伤的风险，长期运行可能会导致光纤烧断。

3、现有技术中，主要通过液相掺杂工艺来实现掺杂粒子数的在纵向的不均匀分布。通过控制二氧化硅疏松体不同区域在稀土溶液中的不同浸泡时间，来实现纵向镱离子浓度的不均匀分布。这种工艺难以保证纵向掺杂梯度，且操作复杂，对人员和设备的要求极高，不利于大批量生产。

4、公开号为cn113292240a的一种渐变折射率剖面光纤预制棒芯层的沉积方法，采用气相沉积法工艺制备渐变折射率光纤芯棒，通过将渐变折射率芯层的沉积区域按径向取k个径向点位，沿轴向划分成包含有m+1个轴向点位的m个子区，所述的k个径向点位对应于芯层的渐变折射率曲线，且各个径向点位之间存在有至少一层或多层的掺杂沉积层，由此将整个芯层沉积区域分为k×(m+1)矩阵点位，每个点位的掺杂沉积向量是基于对母棒测算后经校准的掺杂沉积向量。但该方法掺杂沉积量的控制在各个点位之间是连续渐变的。因此，在多层沉积时，难以保证每层沉积层中相同子区内的渐变掺杂量位置对应，操作难度大。且该方法得到的芯层轴向折射率是渐变的，因此在高功率激光中会出现严重的漏光现象，无法使用。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种吸收渐变掺镱光纤、预制棒及其制备方法，以解决掺镱光纤轴向掺杂梯度难以控制而无法满足高功率光纤激光器需求的问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、第一方面，提供一种吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，包括以下步骤：

4、沿衬管长度方向划分多个不同反应区间，每趟沉积时，在单一反应区间内各气态反应物料的流量不变，并增大下一反应区间内设定反应物的流量。

5、在一些可选的实施例中，设定反应物为pocl3、alcl3、yb(thd)3和c2f6。

6、在一些可选的实施例中，上述p、al和yb离子的流量增大比例大于上述f离子的流量增大比例。

7、在一些可选的实施例中，上述p、al和yb离子的流量增大比例为1％～10％，上述f离子的流量增大比例为0.5％～3％。

8、在一些可选的实施例中，沉积趟数为5-20趟，前40％的趟数中每趟si离子的流量保持不变，yb离子的流量每趟增加5％～10％，al离子的流量每趟增加10％～20％，p离子的流量每趟增加15％～25％；中间30％的趟数中各元素的沉积流量与前40％趟数中最后一趟的流量相同且保持不变；后20％的趟数中，si离子的流量减少40％～50％，yb离子的流量减少30％～40％，al离子的流量减少20％～35％，p离子的流量减少10％～15％。

9、在一些可选的实施例中，在多趟沉积以形成多层沉积层之前，先通入sicl4进行包层沉积。

10、在一些可选的实施例中，每趟沉积均采用mcvd气相沉积工艺，热源沿上述衬管的长度方向往复运动，上述气态反应物料的通入方向与上述热源的移动方向相同。

11、在一些可选的实施例中，每一流量区间等长。

12、第二方面，还提供一种吸收渐变掺镱光纤预制棒，利用上述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法制备形成。

13、第三方面，还提供一种吸收渐变掺镱光纤，应用上述的吸收渐变掺镱光纤预制棒，经过拉丝得到上述吸收渐变掺镱光纤。

14、与现有技术相比，本发明的优点在于：沿衬管长度方向划分多个不同反应区间，每趟沉积时，在单一反应区间内各气态反应物料的流量不变，并增大下一反应区间内设定反应物的流量，剩余反应物的流量不变。从而控制光纤芯棒的轴向掺杂度，并使光纤棒芯的轴向折射率不变，避免由于光纤na波动而出现漏光的问题。且采用光纤轴向吸收系数渐变式设计，避免出现泵浦注入端光纤温度升高的问题。

技术特征：

1.一种吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，设定反应物为pocl3、alcl3、yb(thd)3和c2f6。

3.如权利要求2所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，所述p、al和yb离子的流量增大比例大于所述f离子的流量增大比例。

4.如权利要求3所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，所述p、al和yb离子的流量增大比例为1％～10％，所述f离子的流量增大比例为0.5％～3％。

5.如权利要求1所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，沉积趟数为5-20趟，前40％的趟数中每趟si离子的流量保持不变，yb离子的流量每趟增加5％～10％，al离子的流量每趟增加10％～20％，p离子的流量每趟增加15％～25％；中间30％的趟数中各元素的沉积流量与前40％趟数中最后一趟的流量相同且保持不变；后20％的趟数中，si离子的流量减少40％～50％，yb离子的流量减少30％～40％，al离子的流量减少20％～35％，p离子的流量减少10％～15％。

6.如权利要求1所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，在多趟沉积以形成多层沉积层之前，先通入sicl4进行包层沉积。

7.如权利要求1所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，每趟沉积均采用mcvd气相沉积工艺，热源沿所述衬管的长度方向往复运动，所述气态反应物料的通入方向与所述热源的移动方向相同。

8.如权利要求1所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法，其特征在于，每一流量区间等长。

9.一种吸收渐变掺镱光纤预制棒，其特征在于，利用如权利要求1至8任一项所述的吸收渐变掺镱光纤芯棒的制备方法制备形成。

10.一种吸收渐变掺镱光纤，其特征在于，应用如权利要求9所述的吸收渐变掺镱光纤预制棒，经过拉丝得到所述吸收渐变掺镱光纤。

技术总结
本发明公开了一种吸收渐变掺镱光纤、预制棒及其制备方法，涉及光纤制造领域，一方面，该预制棒的制备方法包括，沿衬管长度方向划分多个不同反应区间，每趟沉积时，在单一反应区间内各气态反应物料的流量不变，并增大下一反应区间内设定反应物的流量。第二方面，该预制棒通过上述制备方法制备而成，并经过拉丝得到上述吸收渐变掺镱光纤。通过利用MCVD全气相掺杂工艺可以精确的对折射率剖面和掺杂浓度的控制能力，实现径向折射率渐变控制，且保证折射率轴向的一致性，避免由于光纤NA波动而出现漏光的问题。

技术研发人员：曾凡球,杜城,柯一礼,李伟,黎文浩,余远,刘哲,栾浩
受保护的技术使用者：锐光信通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11