偏芯稀土掺杂光纤、其应用、光纤激光器、及光纤放大器的制作方法

1.本发明属于光纤激光技术领域，更具体地，涉及一种偏芯稀土掺杂光纤、其应用、光纤激光器、及光纤放大器。


背景技术：

2.上世纪60年代首次报道了稀土离子产生激光现象，且实现了1.06μm的激光输出，随后在掺镱玻璃中观察到激光现象。但是此后二十多年掺镱光纤激光器发展缓慢，输出功率进展不大。直到1988年有人提出了双包层光纤结构，结合包层泵浦技术的开发，增强了泵浦光在光纤中传输，此后，光纤激光器输出功率迅速提高。
3.包层泵浦技术的关键元件是双包层增益光纤。双包层增益光纤的纤芯掺杂，对相应波长可实现单模传输，内包层为折射率较低、尺寸和数值孔径与相应光源输出匹配的石英材料，外包层采用折射率低于内包层的石英或聚合物材料。在通信应用中，包层泵浦光纤可把多个多模激光二极管的能量集中起来，使之成为单模高能信号光束。在能量应用中，为提高输出功率，作为大功率光纤激光器增益介质的掺稀土元素光纤也多采用双包层设计，即泵浦光耦合入光纤的内包层，在双包层光纤内全反射的过程中多次穿过纤芯，使泵浦光被掺杂介质吸收，形成粒子数反转，产生激射波长输出。
4.最早出现的内包层结构为圆形，由于圆形内包层是完全对称的，导致了大量的抽运光形成螺旋光，在传输的过程中不可能穿越掺杂稀土元素大的光纤纤芯，从而大大降低了对泵浦光的吸收效率。针对这一问题，研究人员对不同形状的内包层展开了大量的研究。内包层为圆形时，泵浦光在其中传输时容易形成螺旋光，不利于纤芯吸收，因此一般把内包层做成不同的非圆形形状，有矩形、d形、八边形等，可以大大提高泵浦光的吸收效率，通常使用工艺更为简单的八边形内包层。
5.另一种打破抽运光形成螺旋光的方案是采用偏离中心的纤芯，即现在使用的偏芯双包层光纤，偏芯光纤的直径相对于非圆形包层的双包层光纤可以更小，符合器件小型化的趋势，应用需求不断增长。然而目前的偏芯光纤泵浦效率较低，提高偏芯光纤的泵浦效率，成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种偏芯稀土掺杂光纤、其应用、光纤激光器、及光纤放大器，其目的在于通过采用矩形或正多边形的纤芯，并对纤芯偏芯程度、姿态进行优化设计，使得偏芯稀土掺杂光纤在较小的光纤直径条件下具有较高的泵浦效率，制作出直径与通信光纤相当的偏芯稀土掺杂光纤，由此解决现有的偏芯光纤吸收效率低的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种偏芯稀土掺杂光纤，其玻璃部分由内而外包括折射率依次降低的稀土掺杂的纤芯、以及偏芯内包层；
8.所述纤芯的横截面外轮廓为矩形或正多边形；
9.所述偏芯内包层的横截面外轮廓为圆形，其圆心与所述偏芯掺稀土光纤的横截面的几何中心重合；
10.所述纤芯的横截面外轮廓的几何中心与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心之间存在距离d，d＞0。
11.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯横截面外轮廓的外接圆半径r0在2-7.5μm之间。
12.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯的横截面外轮廓上的点到所述偏芯内包层的外轮廓的圆心之间的距离的最大值，即偏芯距离为p，18μm＜p≤54μm。
13.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯的偏芯程度p/r1满足：0.3《p/r1《0.90，其中r1为所述偏芯内包层横截面外轮廓的半径。
14.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其0.45＜p/r1≤0.9且27μm＜p≤54μm；优选，0.6＜p/r1≤0.9且36μm＜p≤54μm。
15.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述偏芯内包层最薄处厚度即壁厚d＝r
1-p，6μm《d《42μm。
16.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述偏芯内包层的半径r1在62-62.5μm之间。
17.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯和所述偏芯包层的截面面积之比在(1～64):1000之间。
18.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、和/或五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为0.1％-3％，五氧化二磷的含量在0.3-1.5％，氧化铝的含量在0.8％-6％。优选的，稀土离子的含量在0.7％-1.8％；所述稀土离子选自钐、镨、铷、钆、铈、铥、铒、镱中的一种或多种；纤芯的相对折射率差δ1在0.6-2.0％之间。
19.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯的横截面外轮廓上存在两点，满足以下条件：
20.a、该两点之间的距离为所述纤芯的横截面外轮廓上任意两点之间距离的最大值；
21.b、该两点与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心共线。
22.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯的横截面为正多边形，其边数为奇数，所述纤芯横截面的对称轴处于所述偏芯内包层的外轮廓的直径上，所述对称轴的顶点为所述线性横截面外轮廓上与所述偏芯内包层外轮廓的圆心距离最远的点。
23.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述纤芯为正多边形，正多边形边数在4～8之间。
24.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述玻璃部分具有外包层，所述外包层外覆于所述偏芯内包层外侧；所述外包层折射率低于所述偏芯内包层的折射率；所述偏芯内包层优选为纯石英材质，所述外包层优选为掺氟石英。
25.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述外包层横截面外轮廓的几何中心与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心重合。
26.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤，其所述外包层外轮廓的半径r2在61-75μm之间。
27.按照本发明的另一个方面，提供了一种所述偏芯稀土掺杂光纤的应用，其应用于制备光纤激光器的光增益介质或光纤放大器的包层泵浦光增益介质。
28.优选地，所述偏芯稀土掺杂光纤的应用，其应用于制备光纤放大器的包层泵浦光
增益介质；所述纤芯的横截面外轮廓为矩形。
29.按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤激光器，其采用包层泵浦结构，其包层泵浦光增益介质为本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤。
30.按照本发明的另一个方面，提供了一种光纤放大器，其采用包层泵浦结构，其包层泵浦光增益介质为本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤。
31.优选地，所述光纤放大器，其所述纤芯的横截面外轮廓为矩形。
32.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
33.本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤，采用矩形或正多边形的纤芯，突破圆形纤芯的限制，一方面提高了纤芯吸收效率，另一方面降低了包层渐消波溢出的能量损失，综合提高了泵浦效率。本发明在保持偏芯泵浦光纤细径优势的前提下，提高了偏芯光纤的泵浦效率，制作出与通信光纤直径相当的偏芯稀土掺杂光纤，用作激光器以及光纤放大器的光增益介质，具有器件小型化、高吸收效率、低熔接损耗的优势。
34.优选方案，对于矩形或正多边形纤芯的姿态进行优化设计，在其他芯包设计相当的条件下，进一步提高了泵浦吸收效率，降低了包层渐消波溢出。
附图说明
35.图1是偏芯预制棒的制备方法；
36.图2a是实施例1提供的姿态1的正方形形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
37.图2b是实施例1提供的姿态2的正方形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
38.图3a是实施例2提供的姿态1的矩形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
39.图3b是实施例2提供的姿态2的矩形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
40.图4是实施例3提供的正五边形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
41.图5是实施例4提供的正五边形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
42.图6a是实施例5提供的姿态1的正六边形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图；
43.图6b是实施例5提供的姿态2的正六边形纤芯的偏芯光纤横截面结构示意图。
具体实施方式
44.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
45.如无特殊说明，光纤各层相对折射率差δi由以下方程式定义，由以下方程式定义，其中ni为光纤各位置玻璃的折射率，而nc为纯二氧化硅的折射率。
46.本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤，包括玻璃部分和低折射率涂层，其中玻璃部分由内而外包括折射率依次降低的稀土掺杂的纤芯、偏芯内包层，以及可能的外包层；所述外包层外覆于所述偏芯内包层外侧；所述外包层折射率低于所述偏芯内包层的折射率。
47.所述纤芯含有稀土离子，优选含有氧化铝、和/或五氧化二磷；其中，稀土离子的含
量占比为0.1％-3％，五氧化二磷的含量在0.3-1.5％，氧化铝的含量在0.8％-6％。优选的，稀土离子的含量在0.7％-1.8％，不仅限于一种稀土元素进行掺杂，也可以是多种稀土元素复合掺杂。所述稀土离子选自钐、镨、铷、钆、铈、铥、铒、镱中的一种或多种。纤芯的相对折射率差δ1在0.6-2.0％之间。
48.所述纤芯的横截面外轮廓为矩形或正多边形；正多边形边数在4～8之间。正多边形的边数过少，玻璃的加工性能越差，制造困难，且横截面积相对较小；正多边形的边数过多，则越接近于圆形，泵浦吸收性能相对下降。矩形或正多边形的纤芯相较于横截面积相当的圆形纤芯，吸收效率更高。所述纤芯横截面外轮廓的外接圆半径r0在2-7.5μm之间。
49.优选方案，为了进一步提高吸收效率：当纤芯的横截面外轮廓为矩形时，其对角线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上；当纤芯的横截面外轮廓为正多边形且边数为偶数时，其顶点的连线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上；当纤芯的横截面外轮廓为正多边形且边数为奇数时，其最接近中心的顶点连线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上。
50.所述偏芯内包层的外轮廓为圆形；所述偏芯内包层横截面外轮廓的半径r1在55-60μm。优选为纯石英材质；折射率在1.44402，相对折射率差δ2为0。
51.所述纤芯的横截面外轮廓的几何中心与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心之间存在距离d，d＞0。所述纤芯的横截面外轮廓上的点到所述偏芯内包层的外轮廓的圆心之间的距离的最大值为p，18μm＜p≤54μm；所述纤芯的偏芯程度p/r1满足：0.3《p/r1《0.90，其中r1为所述偏芯内包层的半径。
52.偏芯内包层横截面外轮廓的半径r1在55-60μm，优选为60μm，随着偏心距离的增大，泵浦吸收效率逐渐升高。
53.较优，0.3＜p/r1≤0.9，18μm＜p≤54μm；
54.更优，0.45＜p/r1≤0.9，27μm＜p≤54μm；
55.最优，0.6＜p/r1≤0.9，36μm＜p≤54μm；
56.所述壁厚最薄处厚度为d＝r
1-p。
57.偏芯距离为最大值p＝54μm，此时壁厚为最小值6μm。
58.偏芯距离为最小值p＝18μm，此时壁厚为最大值42μm。
59.所以，壁厚的范围满足6μm《d《42μm
60.纤芯和偏芯包层的截面面积之比在(1～64):1400之间。
61.一般来说，对于相同尺寸的偏芯内包层，当偏芯距离p越大、纤芯半径r0越大时，理论上具有更高的吸收效率。然而偏芯距离p和纤芯直径r0的增大，会导致套管壁厚d的降低。过低的壁厚，会造成泵浦光会泄漏，从而降低吸收效率，因此壁厚d不宜过小。
62.对于相同尺寸的偏芯内包层，当偏芯距离p越大、纤芯半径减小，此时增大壁厚d，纤芯半径逐渐减小，导致纤芯的增益介质减少，同时还会导致纤芯的内功率密度过高，引起非线性行为的产生，导致纤芯损耗增加，因此，壁厚d不宜过大。
63.偏芯程度p/r1需要配合偏芯距离和壁厚，使它们处于合适的范围之内。
64.通过阴影部分的面积估算理论上偏芯截面为矩形或者多边形时的光纤泵浦效率，如下：
[0065][0066]
其中，μ为泵浦吸收效率；r1为内包层半径；s为有效吸收部分的面积；以所述偏芯掺稀土光纤的几何中轴为z轴建立柱坐标系时，偏芯掺稀土光纤的偏芯内包层上任意一点在其所在的横截面的极坐标系的极径为r、极角为θ；f(r，θ)为入射面上的功率分布函数。
[0067]
矩形或正多边形纤芯的偏芯光纤，其有效吸收部分的面积与其外接圆的圆形纤芯的有效吸收部分的面积相当，而相同的纤芯横截面面积下，矩形或正多边形纤芯相比圆形的有效吸收部分面积更大。同时，相对于与其外接圆作为圆形纤芯的偏芯光纤，正多边形的纤芯有效的增加了偏芯包层的厚度，降低了包层渐消波溢出的能量损失，这种效应在偏心程度高、壁厚小的情况下更加明显。综合以上两方面，矩形或正多边形纤芯有效的提高了偏芯光纤的泵浦效率。
[0068]
分情况对估算的泵浦效率求极大值，以及判断泵浦吸收效率处于极大值时偏芯掺稀土光纤横截面设计满足的条件，显示：
[0069]
当纤芯的横截面外轮廓为矩形时，有效吸收部分的面积s按照如下方法估算：
[0070][0071]
其中，a、b分别为矩形的长和宽；r1为内包层半径；s作垂直于长边的对称轴、以及纤芯几何中心与偏芯内包层圆心的几何连线，两者之间存在一夹角α；偏芯掺稀土光纤的偏芯内包层上偏心距离以内任意一点在其所在的横截面的极坐标系的极径为r；f(r，θ)为入射面上的功率分布函数。
[0072]
对泵浦效率μ求极大值，可知：其对角线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上时，其他条件不变的情况下偏芯光纤具备理论上最佳的吸收效率；此时：
[0073][0074]
当纤芯的横截面外轮廓为正多边形且边数为偶数时，有效吸收部分的面积s按照如下方法估算：
[0075][0076]
其中，a为正多边形的边长；r1为内包层半径；n为边数；作垂直于任意一边的对称轴、以及纤芯中心与偏芯内包层中心的几何连线，两者之间存在一夹角α。
[0077]
对泵浦效率μ求极大值，可知：其顶点的连线作为对称轴，且该对称轴处于偏芯内
包层的外轮廓直径之上时，其他条件不变的情况下偏芯光纤具备理论上最佳的吸收效率；此时：
[0078][0079]
当纤芯的横截面外轮廓为正多边形且边数为奇数时，有效吸收部分的面积s按照如下方法估算：
[0080][0081]
其中，a为正多边形的边长；n为边数；作垂直于任意一边的对称轴、以及纤芯中心与偏芯内包层中心的几何连线，两者之间存在一夹角α。
[0082]
对泵浦效率μ求极大值，可知：以顶点作一条对称轴，该对称轴处于偏芯内包层的外轮廓直径之上时，其他条件不变的情况下偏芯光纤具备理论上最佳的吸收效率；此时：
[0083][0084]
综合以上具有最优吸收效率的情况，总结纤芯的横截面姿态与偏芯包层之间的姿态关系为：
[0085]
所述纤芯的横截面外轮廓上存在两点，满足以下条件：
[0086]
a、该两点之间的距离为所述纤芯的横截面外轮廓上任意两点之间距离的最大值；
[0087]
b、该两点与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心共线。
[0088]
同时满足以上条件a和b的情况下，纤芯具备理论上最高的吸收效率。更重要的是，相对于圆形的偏芯光纤，由于纤芯所述两点之中与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心距离较大的点为所述纤芯的横截面外轮廓的顶点，因此纤芯与偏芯包层最薄处，两侧的包层厚度迅速增加，减少了偏芯光纤了溢出包层的渐消波的光功率。
[0089]
然而对于当纤芯的横截面外轮廓为正多边形且边数为奇数时，纤芯是不对称的。这种纤芯不对称设计，其渐消波的光功率相对于对称设计而言较大。在偏芯程度较高且相同的情况下，例如0.6＜p/r1≤0.9，对称设计的偏芯稀土掺杂光纤，具有更佳泵浦效率和制造性能。这种设计优选为：纤芯横截面的对称轴处于所述偏芯内包层的外轮廓的直径上，所述对称轴的顶点为所述线性横截面外轮廓上与所述偏芯内包层外轮廓的圆心距离最远的点。
[0090]
所述外包层横截面外轮廓的几何中心与所述偏芯内包层的外轮廓的圆心重合。所述外包层外轮廓的半径r2在61-75μm之间；所述外包层相对折射率差δ3在-0.2％～-0.8％之间，优选为掺氟石英层。低折射率的石英包层，能进一步降低渐消波的功率，提高泵浦效率的同时，延长低折射率涂层的使用寿命。
[0091]
所述低折射率涂层的半径r3在120-130μm之间，所述涂覆层相对折射率差在-3.0％～-5.0％之间。
[0092]
本发明提供的偏芯光纤制备过程由掺杂芯棒与偏芯套管套棒后进行拉丝，如图1所示，具体包括以下步骤：
[0093]
(1)在纯石英套管上打偏芯孔，需要偏芯套管进行打孔加工，使孔径、形状与用于形成稀土掺杂纤芯的稀土掺杂芯棒相匹配；所述偏芯套管的内孔为矩形或正多边形；所述偏芯套管优选采用纯石英基质，折射率为1.44402。
[0094]
(2)将稀土掺杂芯棒插入到步骤(1)形成的偏芯孔中，熔缩烧实制成半成品实心棒；
[0095]
(3)将步骤(2)获得的半成品实心棒与外包层套管组合为预制棒，拉丝后制得所述小芯径偏芯有源光纤。
[0096]
本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤，相比于异形包层的掺稀土光纤，其偏芯包层外轮廓为圆形，弯曲性能各向同性，同时由于包层面积减小，使其在相当的吸收效率下具有更小的直径。综合以上两方面，本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤，具有良好的弯曲性能，用于光增益介质时，一则弯曲性能更好，一则芯径更细，使得器件具有明显的小型化的优势。另外，由于芯径相对较小，在器件体积相当的情况下，本发明提供的偏芯光纤可以使用更长的长度，从而提高抽运光的吸收效率。
[0097]
综上，本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤，用作光增益介质，例如激光器和光纤放大器的光增益介质，具有器件小型化，抽运光吸收效率高的优势。
[0098]
本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤的应用，应用于制备光纤激光器的光增益介质或光纤放大器的包层泵浦光增益介质。
[0099]
当应用于制备光纤放大器的包层泵浦光增益介质；所述纤芯的横截面外轮廓为矩形。
[0100]
本发明提供的光纤激光器，采用包层泵浦结构，其包层泵浦光增益介质为本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤。
[0101]
本发明提供的光纤放大器，采用包层泵浦结构，其包层泵浦光增益介质为本发明提供的偏芯稀土掺杂光纤。所述纤芯的横截面外轮廓为矩形。
[0102]
偏芯方形纤芯结构光纤与圆形纤芯相比纤芯结构不对称，这使得其具备保偏光纤特性。其支持的模式无法如圆形纤芯光纤一样以任意角度旋转，同时每个列出的模式均都存在两个偏振方向垂直的偏振模，在方形纤芯结构光纤中就可以完全独立保持而不发生旋转，所以支持的总模式数要乘2，这可以增加用于通信的模式数量，增大通信系统的传输容量。因此本方案设计的偏芯矩形光纤可以支持更多模式数量，增大通信系统的传输容量，还具有保偏特性，是良好的保偏光纤放大器解决方案。
[0103]
以下为实施例：
[0104]
实施例1
[0105]
本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤，其横截面结构如图2a所示，偏心距离满足33μm＜p≤49.5μm、纤芯外接圆的半径r0为3μm，相对折射率差δ1为0.6％；偏芯内包层的半径r1为55μm，相对折射率差δ2为0；外包层为掺氟石英层，半径r2为62.5μm，相对折射率差δ3为-0.2％；涂覆层的半径r3为125μm，涂覆层相对折射率差为-5％。掺杂纤芯和偏芯包层的截面
面积之比为10:1400，壁厚5.5μm＜d≤38.5μm。纤芯横截面方形的对角线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上(姿态1)。
[0106]
所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为0.9％，五氧化二磷的含量在0.3％，氧化铝的含量在0.8％。
[0107]
其制备方法如下：在纯石英套管上打偏芯孔，加工偏芯套管的内孔为正方形，偏芯套管采用纯石英基质，折射率为1.44402。将稀土掺杂芯棒插入偏芯孔中，再插入掺氟套管中，熔缩烧实并拉丝，制作涂覆层。
[0108]
估算本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤的泵浦吸收效率μ在40％-93％，相比于姿态2的方案(如图2b所示，纤芯横截面的对称轴垂直于边且过偏芯稀土掺杂光纤的几何中心)，泵浦吸收效率μ提高5％-10％。
[0109]
实施例2
[0110]
本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤，其横截面结构如图3a所示，偏心距离满足36μm＜p≤54μm、纤芯外接圆的半径r0为4μm，边长分别为2和相对折射率差δ1为0.8％；偏芯内包层的半径r1为60μm，相对折射率差δ2为0；外包层为掺氟石英层，半径r2为62.5μm，相对折射率差δ3在-0.4％之间；涂覆层的半径r3为125μm，涂覆层相对折射率差为-3.0％。掺杂纤芯和偏芯包层的截面面积之比为2:1400，壁厚42μm＜d≤33μm。纤芯横截面矩形的对角线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上(姿态1)。
[0111]
所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为2.2％，五氧化二磷的含量在0.8％，氧化铝的含量在1.5％。
[0112]
其制备方法如下：在纯石英套管上打偏芯孔，加工偏芯套管的内孔为长方形，偏芯套管采用纯石英基质，折射率为1.44402。将稀土掺杂芯棒插入偏芯孔中，再插入掺氟套管中，熔缩烧实并拉丝，制作涂覆层。
[0113]
估算本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤的泵浦吸收效率μ在38％-91％，相比于姿态2的方案(如图2b所示，纤芯横截面的对称轴垂直于长边且过偏芯稀土掺杂光纤的几何中心)，泵浦吸收效率μ提高7％-12％。
[0114]
实施例3
[0115]
本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤，其横截面结构如图4所示，偏心距离满足36μm＜p≤54μm、纤芯外接圆的半径r0为6μm，相对折射率差δ1为1.0％；偏芯内包层的半径r1为60μm，相对折射率差δ2为0；外包层为掺氟石英层，半径r2为62.5μm，相对折射率差δ3在-0.8％之间；涂覆层的半径r3为130μm，涂覆层相对折射率差为-3.0％。掺杂纤芯和偏芯包层的截面面积之比为28:1400，壁厚6μm＜d≤24μm。纤芯横截面的对称轴处于所述偏芯内包层的外轮廓的直径上，该对称轴的顶点为所述纤芯截面外轮廓上与所述偏芯内包层外轮廓的圆心距离最远的点。
[0116]
所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为1.5％，五氧化二磷的含量在6％，氧化铝的含量在1.8％。
[0117]
其制备方法如下：在纯石英套管上打偏芯孔，加工偏芯套管的内孔为正五边形，一顶点与偏芯内包层圆心，纤芯的中心共线，偏芯套管采用纯石英基质，折射率为1.44402。将稀土掺杂芯棒插入偏芯孔中，再插入掺氟套管中，熔缩烧实并拉丝，制作涂覆层。
[0118]
估算本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤的泵浦吸收效率μ在51％-95％
[0119]
实施例4
[0120]
本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤，其横截面结构如图5所示，偏心距离满足18μm＜p≤54μm、纤芯外接圆的半径r0为7.5μm，相对折射率差δ1为0.6％；偏芯内包层的半径r1为60μm，相对折射率差δ2为0；外包层为掺氟石英层，半径r2为62.5μm，相对折射率差δ3在-0.4％之间；涂覆层的半径r3为125μm，涂覆层相对折射率差为-4.0％。掺杂纤芯和偏芯包层的截面面积之比为64:1400，壁厚6μm《d《52μm。如图5所示，最长的顶点连线处于偏芯内包层的外轮廓直径之上。
[0121]
所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为3％，五氧化二磷的含量在0.3％，氧化铝的含量在1.8％。
[0122]
在纯石英套管上打偏芯孔，加工偏芯套管的内孔为正五边形，且有不相邻的两顶点与圆心共线，偏芯套管采用纯石英基质，折射率为1.44402。将稀土掺杂芯棒插入偏芯孔中，再插入掺氟套管中，熔缩烧实并拉丝，制作涂覆层。
[0123]
估算本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤的泵浦吸收效率μ在48％-95％。
[0124]
实施例5
[0125]
本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤，其横截面结构如图6a所示，偏心距离满足18μm＜p≤54μm、纤芯外接圆的半径r0为7.5μm，相对折射率差δ1为2.0％；偏芯内包层的半径r1为60μm，相对折射率差δ2为0；外包层为掺氟石英层，半径r2为62.5μm，相对折射率差δ3在-0.8％之间；涂覆层的半径r3为125μm，涂覆层相对折射率差为-4.0％。掺杂纤芯和偏芯包层的截面面积之比为64:1400，壁厚6μm《d《24μm。其顶点的连线作为对称轴，且该对称轴处于偏芯内包层的外轮廓直径之上(如图6a所示，姿态1)。
[0126]
所述纤芯含有稀土离子氧化物、氧化铝、五氧化二磷；其中，稀土离子的含量占比为2.5％，五氧化二磷的含量在4％，氧化铝的含量在1.8％。
[0127]
在纯石英套管上打偏芯孔，加工偏芯套管的内孔为正六边形，偏芯套管采用纯石英基质，折射率为1.44402。将稀土掺杂芯棒插入偏芯孔中，再插入掺氟套管中，熔缩烧实并拉丝，制作涂覆层。
[0128]
估算本实施例提供的偏芯稀土掺杂光纤的泵浦吸收效率μ在55％-95％，相比于姿态2的方案(如图6b所示，垂直于边的对称轴所在直线过偏芯稀土掺杂光纤内包层的几何中心)，泵浦吸收效率μ提高2％-5％。
[0129]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。