本发明属于玻璃光纤及光纤激光器领域，涉及一种镱掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法。
背景技术：
1、光纤激光器与传统的固体激光器相比，具有结构灵活紧凑、散热性能佳等诸多优点，在光通信等应用领域都显示出了极大的发展潜力。但是普通光纤激光器所采用的增益介质是纤芯直径为5-8um的单模光纤，要将泵浦光耦合到单模光纤，对泵浦源的激光模式要求高，而且耦合效率不高。同时由于纤芯直径很小，光纤中的光功率密度往往很高。这决定了光纤激光器只有小功率输出。然而，对于大多数的激光应用领域，则要求激光器要有较高的功率输出。由于提高激光器的输出功率与其他指标(如单色性、脉宽、调制性能、光束发散角等)要求是相矛盾的，仅靠激光器来实现高功率存在诸多困难。
2、采用种子源主振荡放大技术(mopa)来实现高功率输出是一种理想选择。mopa系统整体可以分为两部分，分别是由种子源激光器构成的主振荡器以及掺杂光纤构成的功率放大器。对于种子源来说，固体激光器、半导体激光器或光纤激光器均可作为种子源，种子源输出功率并不要求很高，但是需要具备较好的光束质量以及稳定性。其中，功率放大器又称为主放大级，是光纤mopa系统的核心组成部分，通常由泵浦源，增益光纤、隔离器以及耦合系统等组成。其中，增益光纤是主放大级实现高功率的关键。对于用于高功率激光器的增益光纤来说，存在激光损伤和泵浦耦合的问题。首先是激光损伤可以通过，大模场光纤和光子晶体光纤解决。但是光子晶体光纤的多孔结构的制备非常复杂，难以实现。
3、对于泵浦光耦合的问题，20世纪90年代，美国宝丽来公司的提出了双包层光纤及以双包层光纤为基础的包层泵浦技术，可以方便的耦合进大量泵浦光。
4、中国发明专利cn105271787b公开了掺镱氟磷-磷酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法，该双包层光纤由氟磷酸盐玻璃作为纤芯，磷酸盐玻璃作为内外包层。采用堆叠法制备六边形内包层预制棒，实现了1μm波段的激光输出。中国发明专利申请cn115117719a公开了一种发射波长处于1.3μm波段的稀土掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法与应用。该双包层光纤采用nd3+掺杂磷酸盐玻璃作为纤芯，yb3+掺杂磷酸盐玻璃作为内包层，无掺杂氧化物玻璃作为外包层。提供了此双包层光纤搭建的全光纤型1.3μm调q光纤激光器。但是，nd3+掺杂磷酸盐玻璃作为纤芯，高浓度时掺杂易引起nd3+离子团簇，导致荧光猝灭和效率下降；采用氟磷酸盐纤芯玻璃稳定性差，在高温拉丝或高功率运行时可能导致组分偏离，影响光纤光学均匀性和长期可靠性；采用玻璃外包层，其机械柔韧性较差，限制了光纤在弯曲环境中的应用。
技术实现思路
1、为克服上述方案的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种镱离子掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤及其制备方法与应用。材料体系为磷酸盐玻璃纤芯/内包层和聚合物外包层，兼顾光学性能与机械可靠性；通过八边形的内包层结构，破坏“螺旋光”，提高纤芯吸收效率。
2、本发明的目的通过以下技术方案实现：
3、一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，由内向外依次包括掺杂纤芯、内包层以及外包层，所述的掺杂纤芯为yb3+掺杂的多组分玻璃，内包层为磷酸盐玻璃，外包层为低折射率紫外线固化光纤涂料形成的涂层，外包层折射率为1.3-1.4；所述外包层的折射率小于内包层的折射率，所述内包层的折射率小于纤芯的折射率；掺杂纤芯为柱状，内包层为空心管状，空心部分为圆孔状，内包层外侧为正多边形。
4、为进一步实现本发明目的，优选地，所述的掺杂纤芯直径为10～40μmm，内包层边边距为125-250μm，外包层直径为250～400μm；所述的边边距为正多边形两个对边之间的距离。
5、优选地，所述的yb3+掺杂的多组分玻璃的yb3+掺杂浓度为2-8mol％。
6、优选地，所述的纤芯的yb3+掺杂的多组分玻璃与内包层的磷酸盐玻璃的折射率差为0.001～0.10。
7、优选地，所述的yb3+掺杂磷酸盐玻璃组分为(60～70)p2o5-(10～15)k2o-(10～15)bao-(0～3)al2o3-(0～3)nb2o5-(0～1)sb2o3-(0～1)la2o3-(2-8)yb2o3；
8、优选地，所述的内包层磷酸盐玻璃组分为(60～70)p2o5-(10～15)k2o-(10～15)bao-(0～3)al2o3-(0～3)nb2o5-(0～1)sb2o3-(0～1)la2o3-(0～2)y2o3。
9、优选地，所述的正多边形为正八边形或正六边形。
10、优选地，所述的yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤为单模光纤。
11、所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤的制备方法：通过高温熔融-退火法分别熔制yb3+掺杂的多组分玻璃和磷酸盐玻璃；将yb3+掺杂磷酸盐玻璃进行机械加工和抛光，加工成纤芯圆柱棒，将纤芯圆柱棒拉制成微结构纤芯；将磷酸盐玻璃车加工和打孔，对外表面及内孔进行抛光，酸处理、清洗、干燥，加工出玻璃管；将微结构纤芯放入玻璃管中拉制后涂覆外包层聚合物，得yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤。
12、优选地，所述的纤芯圆柱棒拉制成微结构在600～1000℃下进行；所述的微结构纤芯放入玻璃管中拉制在600～1000℃下进行。
13、相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
14、1)本发明掺杂纤芯和内包层均为磷酸盐玻璃，热匹配性更好，避免界面缺陷，并可提高光纤在高功率下的长期稳定性。
15、2)本发明外包层采用低折射率紫外线固化光纤涂料，比玻璃更柔韧，可增强光纤的抗弯曲和抗冲击性能。
16、3)本发明采用管棒法制备预制棒，比堆叠法更简单，适合规模化生产，降低制造成本。
17、4)本发明通过正多边形的内包层结构，破坏“螺旋光”，提高纤芯吸收效率，解决了普通光纤激光器泵浦光耦合效率不高、激光损伤等问题，可实现高功率输出，适用于高功率光纤激光器等应用领域。
1.一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，由内向外依次包括掺杂纤芯、内包层以及外包层，所述的掺杂纤芯为yb3+掺杂的多组分玻璃，内包层为磷酸盐玻璃，外包层为低折射率紫外线固化光纤涂料形成的涂层，外包层折射率为1.3-1.4；所述外包层的折射率小于内包层的折射率，所述内包层的折射率小于纤芯的折射率；掺杂纤芯为柱状，内包层为空心管状，空心部分为圆孔状，内包层外侧为正多边形。
2.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的掺杂纤芯直径为10～40μmm，内包层边边距为125-250μm，外包层直径为250～400μm；所述的边边距为正多边形两个对边之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤纤，其特征在于，所述的yb3+掺杂的多组分玻璃的yb3+掺杂浓度为2-8mol％。
4.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的纤芯的yb3+掺杂的多组分玻璃与内包层的磷酸盐玻璃的折射率差为0.001～0.10。
5.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的yb3+掺杂磷酸盐玻璃组分为(60～70)p2o5-(10～15)k2o-(10～15)bao-(0～3)al2o3-(0～3)nb2o5-(0～1)sb2o3-(0～1)la2o3-(2-8)yb2o3。
6.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的内包层磷酸盐玻璃组分为(60～70)p2o5-(10～15)k2o-(10～15)bao-(0～3)al2o3-(0～3)nb2o5-(0～1)sb2o3-(0～1)la2o3-(0～2)y2o3。
7.根据权利要求1所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的正多边形为正八边形或正六边形。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤，其特征在于，所述的yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤为单模光纤。
9.权利要求1-7任一项所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤的制备方法，其特征在于，通过高温熔融-退火法分别熔制yb3+掺杂的多组分玻璃和磷酸盐玻璃；将yb3+掺杂磷酸盐玻璃进行机械加工和抛光，加工成纤芯圆柱棒，将纤芯圆柱棒拉制成微结构纤芯；将磷酸盐玻璃车加工和打孔，对外表面及内孔进行抛光，酸处理、清洗、干燥，加工出玻璃管；将微结构纤芯放入玻璃管中拉制后涂覆外包层聚合物，得yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤。
10.根据权利要求9所述的一种yb3+掺杂磷酸盐玻璃双包层光纤的制备方法，其特征在于，所述的纤芯圆柱棒拉制成微结构在600～1000℃下进行；所述的微结构纤芯放入玻璃管中拉制在600～1000℃下进行。