稀土掺杂玻璃、光纤及其制备方法、光纤的应用与流程

本技术涉及光纤通信，尤其涉及一种稀土掺杂玻璃、含有该稀土掺杂玻璃的光纤及光纤的制备方法，以及应用该光纤的光纤放大器和光纤激光器。

背景技术：

1、随着通信技术的发展，5g、ar/vr、云计算、高清视频和物联网等新业务与应用快速兴起，对网络流量的需求随之高速增长，对光传输系统的传输容量提出了更高的要求。在光传输系统中，光纤放大器是最关键的组成器件之一。

2、然而，现有的光纤放大器的频谱带宽较窄，无法满足大容量的信号传输需求。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决以上缺陷的至少之一，本技术实施例有必要提出一种用作光纤放大器增益介质的稀土掺杂玻璃，该稀土掺杂玻璃能提高光纤放大器l波段发射谱的平坦性，以实现扩展l波段范围，进而提升光纤放大器的传输容量的目的。

2、另，本技术实施例还提出一种应用该稀土掺杂玻璃的光纤、该光纤的制备方法、以及应用该光纤的光纤放大器和光纤激光器。

3、本技术实施例第一方面提供了一种稀土掺杂玻璃，所述掺杂玻璃包括下列组分：

4、三氧化二铝(al2o3)：1～5mol％；

5、二氧化锗(geo2)：1～8mol％；

6、五氧化二磷(p2o5)：2～15mol％；

7、氧化铒(er2o3)：0.05～1mol；以及

8、二氧化硅(sio2)：余量，

9、其中，al2o3和p2o5的摩尔比值小于1。

10、通过在铒掺杂玻璃中引入磷、铝及锗元素，尤其是提高磷元素的掺杂量，并控制铝和磷的摩尔比小于1，进而有利于调整光纤中铒离子的荧光光谱向l波段拓展，以提升光纤放大器的传输容量。

11、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述五氧化二磷(p2o5)的含量为8～15mol％。

12、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述稀土掺杂玻璃还包括下列组分：

13、氧化镧(la2o3)：0～1mol％；

14、氧化镱(yb2o3)：0～5mol％；以及

15、三氧化二铕(eu2o3)：0～5mol％，

16、其中，la2o3，yb2o3以及eu2o3的含量不同时为零。

17、通过引入la3+、yb3+及eu3+等稀土离子，能有效抑制er3+掺杂光纤中er3+的激发态吸收，进而提升光纤的泵浦效率。

18、结合第一方面，在一些可能的实施例中，所述稀土掺杂玻璃还包括锑(sb)、铈(ce)、镝(dy)、钾(k)以及铽(tb)中的至少一种。

19、通过添加以上金属离子，可以有效增大掺杂有铒离子的光纤在1550nm波长处的增益谱宽，使光纤在1520nm至1630nm的波长范围内表现出优异的宽谱增益的性能，提高光纤的传输性能。

20、本技术实施例第二方面提供了一种光纤，所述光纤包括纤芯和位于所述纤芯外侧的包层，所述纤芯包含本技术实施例第一方面所述的稀土掺杂玻璃。

21、通过掺杂高浓度的磷离子，能有效抑制光纤中铒离子的激发态吸收，使光纤的荧光光谱向l波段扩展，该光纤可以实现对扩展l波段1570-1630nm的光谱范围内的光信号的有效增益放大，也就是，该光纤可以达到60nm的增益谱宽，相较于相关技术中的光纤而言，本技术实施例提供的光纤的增益放大的效果较好，增益谱宽较宽。另外，光纤中高掺杂量的磷，还有利于提升l波段光纤放大器的泵浦效率，同时有利于提高光纤放大器的传输速率和传输容量。

22、结合第二方面，在一些可能的实施例中，所述光纤还包括位于所述纤芯与所述包层之间的阻挡层。

23、通过在纤芯与包层之间设置阻挡层，可以降低包层中的微量杂质进入纤芯中的风险。

24、本技术实施例第三方面提供了一种光纤的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

25、向石英基底管中通入含有硅离子、锗离子和磷离子的第一前驱体气源，在所述石英基底管上沉积疏松层，得到第一中间体石英管；

26、将所述第一中间体石英管浸入掺杂溶液中，使所述沉积层浸泡在所述掺杂溶液中，得到第二中间体石英管，所述掺杂溶液至少包括铒离子和铝离子；

27、将所述第二中间体石英管于含磷离子的第二前驱体气源中进行二次沉积，得到掺杂石英管；

28、加热所述掺杂石英管，使所述疏松层玻璃化以形成纤芯，所述石英基底管形成包覆在所述纤芯外侧的包层，得到光纤预制棒；以及

29、拉制所述光线预制棒，得到所述光纤，

30、其中，所述纤芯包括以下组分：

31、三氧化二铝(al2o3)：1～5mol％；

32、二氧化锗(geo2)：1～8mol％；

33、五氧化二磷(p2o5)：2～15mol％；

34、氧化铒(er2o3)：0.05～1mol；以及

35、二氧化硅(sio2)：余量，其中，al2o3和p2o5的摩尔比值小于1。

36、通过多次掺杂和沉积的方式，可以有效抑制光纤中的分相现象，使得最终制备得到的光纤中掺杂离子的均匀性和分散性均较好，为光纤中磷的高含量掺杂提供了基础，且可以提高掺杂离子的比例控制的准确性，确保了制备出的光纤的性能。而且，通过对磷离子进行多次沉积的方式，可以提高光纤中磷离子的掺杂量，同时还可以降低磷元素的挥发，实现磷沉积量的精准可控，进而控制光纤中铝离子和磷离子的摩尔比小于1。另外，光纤中磷的掺杂量高，能有效抑制光纤中铒离子的激发态吸收，使光纤的荧光光谱向l波段扩展，有利于提升l波段光纤放大器的泵浦效率，同时有利于提高光纤放大器的传输速率和传输容量。

37、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述将所述第二中间体石英管于含磷离子的第二前驱体气源中进行二次沉积的步骤中，所述第二前驱体气源的流量为150～250sccm，所述二次沉积的温度为1250～1450℃。

38、通过在磷离子的二次沉积过程中，精准控制第二前驱体气源的流量，可以精确控制磷离子的沉积量，提高光纤中磷的掺杂量，同时精确控制铝离子和磷离子的摩尔比小于1。

39、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述向石英基底管中沉积疏松层的步骤中，所述第一前驱体气源包括sicl4，gecl4和pocl3，所述sicl4的流量为100～200sccm，所述gecl4的流量为180～380sccm，所述pocl3的流量为150～400sccm。

40、通过气相沉积控制第一前驱体气源的流量，可以精确控制硅离子、锗离子和磷离子的沉积比例。

41、结合第三方面，在一些可能的实施例中，在所述石英基底管上沉积疏松层的步骤中，所述沉积温度为1000～1450℃。

42、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述第一中间体石英管浸入掺杂溶液中，使所述沉积层浸泡在所述掺杂溶液中的步骤中，所述浸泡的时间大于或等于30min。

43、通过控制浸泡时间，可以提高液相掺杂时掺杂离子在疏松层内的渗入和附着量。

44、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述向石英基底管中沉积疏松层的步骤之前，所述制备方法还包括步骤：

45、向所述石英基底管中通入sicl4、pocl3以及氧气沉积阻挡层。

46、阻挡层的作用是在疏松层和石英基底管之间起缓冲作用，防止石英基底管中的微量杂质进入疏松层。

47、结合第三方面，在一些可能的实施例中，在所述加热所述掺杂石英管的步骤中，所述加热为两步加热法，两步加热的温度分别为1900～2050℃和2000～2200℃。

48、通过加热和高温烧结两步法，可以首先使沉积掺杂离子的疏松层在氧气作用下玻璃化，之后通过高温烧结可以使石英基底管坍缩，提高光纤性能的稳定性。

49、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述将所述第二中间体石英管于含磷离子的第二前驱体气源中进行二次沉积的步骤之前，所述制备方法还包括步骤：

50、将所述第一中间体石英管进行干燥。

51、通过在二次沉积之间将液相掺杂之后形成的第二中间体石英管进行干燥除水处理，可以降低二次沉积过程中磷离子的挥发损失，提高磷离子的掺杂量，并有利于精准控制铝和磷的摩尔比。

52、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述掺杂溶液中还包括镧离子、镱离子和铕离子等中的至少一种。

53、结合第三方面，在一些可能的实施例中，所述掺杂溶液中还包括锑(sb)、铈(ce)、镝(dy)、钾(k)以及铽(tb)中的至少一种。

54、本技术实施例第四方面提供了一种光学放大器，所述光学放大器包括依次连接的泵浦源、耦合器以及本技术实施例第二方面所述的光纤。

55、本技术实施例第五方面提供了一种光纤激光器，所述激光器包括依次连接的泵浦源、第一光栅、本技术实施例第二方面所述的光纤以及第二光栅。