CN101710194A - 多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多层掺稀土离子环芯光纤，该光纤中心为硅芯区(1)、硅芯区(1)外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯(41)...第N掺稀土离子环芯(4N)，2≤N≤10，第N掺稀土离子环芯(4N)的外边分布外包层(3)；第一掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯(4N)、外包层(3)之间由内到外分布为第一硅环芯(21)...第K硅环芯(2K)，0≤K≤N；第一掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯的折射率相等，第一硅环芯...第K硅环芯、硅芯区的折射率相等，硅芯区低于N个掺稀土离子环芯的折射率；外包层的折射率低于硅芯区的折射率。该光纤能放大多波段的信号光放大或自组织相干合束，具有高泵浦效率，高抗热能力，结构紧凑等优点。
Description
技术领域
本发明涉及多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法，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；掺镱光纤工作波长为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.New York：Marcel Dekker.2001，pp：17-112]。现有的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100nm时，就需要分别配置不同的光纤，再进行信号合并，结构复杂且成本很局。
2002年5月国际电信联盟ITU-T组织将光纤通信系统光波段划分如下：O波段(原始波段)为1260-1360nm，E波段(扩展波段)为1360-1460nm；S波段(短波长波段)为1460-1530nm，C波段(常规波段)为1530-1565nm；L波段(长波长波段)为1565-1625nm；U波段(超长波长波段)为1625-1675nm。
实现研究表明，制作C波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为2.5米，而制作L波段掺铒光纤放大器需要有源光纤长度为10米。[傅永军简伟郑凯等.铋镓铝共掺的高浓度掺铒光纤及放大器.光电子技术.2007，27(1)：17-19]。显然，要同时实现C波段与L波段的信号的放大，仅仅采用一根掺铒光纤是无法实现的。
现有的光纤能放大的信号光仅仅为单波段的信号光，带宽通常只有几十nm。现有实现多波段信号光的器件中，需要先将信号光分波处理为单个波段信号光，然后对单个波段信号光分别配置对应的掺稀土离子类型的光纤，最后将放大的单个波段信号光进行合波处理，结构复杂、引入的插入损耗大、分立元件多，可靠性差、对环境敏感且成本很高。
光纤激光器以其卓越的性能和低廉的价格，在光纤通信、工业加工、医疗、军事等领域取得了日益广泛的应用。尽管在实验室已经实现单个光纤输出超过1kW的单模激光，而且实现这种激光需要严格的条件，难以工程应用；但是随着激光技术应用的发展，以及材料加工、空间通信、激光雷达、光电对抗、激光武器等的发展，需要高功率、高质量、高强度和超亮度的激光，要求单模输出功率达到MW甚至GW量级。仅仅采用单模有源纤芯的双包层掺稀土光纤激光器，由于单模有源纤芯芯径小于10μm，受到非线性、结构因素和衍射极限的限制，承受的光功率密度有限，单模有源光纤纤芯连续波损坏阈值约为1W/μm2[J.Nilsson，J.K.Sahu，Y.Jeong，W.A.Clarkson，R.Selvas，A.B.Grudinin，and S.U.Alam，“High Power Fiber Lasers：New Developments”，Proceedings of SPIEVol.4974，50-59(2003)]，其光学损坏危险成为实现大功率单模光纤激光器的一大挑战。除了光学损坏外，由于大功率光产生的热也会损坏光纤，甚至会最终融化纤芯。有文献报道，铒镱共掺光纤激光器每米可产生100W热[J.Nilsson，S.U.Alam，J.A.Alvarez-Chavez，P.W.Turner，W.A.Clarkson，andA.B.Grudinin，”High-power and tunable operation of erbium-ytterbium co-dopedcladding-pumped fiber laser”，IEEE J.Quantum Electron.39，987-994(2003)]。
发明内容
为了克服现有的光纤仅仅只能放大单波段的信号、现有实现多波段信号光放大器件中由于需要对信号光分波、放大与合波处理而引起的结构复杂、插入损耗大、分立元件多，可靠性差、对环境敏感且成本很高等缺点，同时为了克服已有的传统双包层单模光纤输出激光功率有限以及随着光功率的增加，其抗热等方面的缺陷，本发明提供一种多层掺稀土离子环芯光纤及其制作方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
多层掺稀土离子环芯光纤，该光纤中心为为硅芯区、硅芯区外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯，2≤N≤10，第N掺稀土离子环芯的外边分布外包层；
第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯、...第N掺稀土离子环芯的折射率相等；
硅芯区的折射率低于第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯、...第N掺稀土离子环芯的折射率；
外包层的折射率低于硅芯区的折射率。
第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯、外包层之间由内到外分布为第一硅环芯、第二硅环芯...第K硅环芯，0≤K≤N；
第一硅环芯...第K硅环芯的折射率与硅芯区的折射率相等。
纯硅芯区形状为圆形、长方形、椭圆形形状；
第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯形状为圆环形、长方环形、椭圆环形；
第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯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。
第一掺稀土离子环芯、第二掺稀土离子环芯...第N掺稀土离子环芯的掺稀土离子类型相同或不相同。
多层掺稀土离子环芯光纤的制作方法，其特征为：该制作方法包括以下步骤：
步骤一，制作无包层掺稀土离子光纤预制棒N根，将这N根掺稀土离子光纤的预制棒，拉制成直径从小到大的N根细棒，2≤N≤10；
步骤二，对完成步骤一的直径从小到大的N根细棒进行处理，得到尺寸从小到大的N环形细棒，其中尺寸小的环形细棒外部能套上尺寸大的环形细棒；
步骤三，将完成步骤二的N根环形细棒组织起来，即尺寸小的环形细棒外部套上尺寸大的环形细棒；在尺寸最大的环形细棒外部套上石英管，内部空隙处用折射率比N根掺稀土离子环形细棒折射率低但比石英管折射率高的细石英棒填充，拉制成多层掺稀土离子环芯光纤。
N根掺稀土离子光纤的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。
在制作无包层掺稀土离子光纤预制棒或细石英棒时，通过掺硼氧化物、掺氟氧化物实现降低无包层掺稀土离子光纤预制棒或细石英棒的折射率，通过掺磷氧化物、锗氧化物提高无包层掺稀土离子光纤预制棒或细石英棒的折射率。
为了将掺稀土元素工作波长范围全部覆盖上，这里定义：A波段(最短波长波段)为小于1260nm；Z波段(最长波长波段)为大于1675nm。
本发明的有益效果具体如下：多层掺稀土离子环芯光纤，能同时放大A、O、E、S，C，L，U、Z波段的信号光放大，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，采用多层掺稀土离子环芯光纤明显减少连接损耗，结构更加紧凑。由于多层掺稀土离子环芯光纤存在一个共同的中心包层区，因此极大提高了泵浦效率。多层掺稀土离子环芯光纤，能提高光纤抗热能力，实现光纤自组织相干合束，提高输出功率。多层掺稀土离子环芯光纤具有结构紧凑，受环境影响小等优点。
附图说明
图1为两层掺稀土离子圆环芯光纤截面图。
图2为三层掺稀土离子长方环芯光纤截面图。
图3为五层掺稀土离子椭圆环芯光纤截面图。
图4为十层掺稀土离子圆环芯光纤截面图。
具体实施方式
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
两层掺稀土离子圆环芯光纤，参见图1。该光纤中心为硅芯区1、硅芯区1外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42，第二掺稀土离子环芯42的外边分布外包层3。第一掺稀土离子环芯41的掺稀土离子为铒离子，第二掺稀土离子环芯42掺稀土离子为镱离子。
本实施例中K＝0，第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42折射率相等，纯硅芯区1低于第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42的折射率；外包层3的折射率低于纯硅芯区1的折射率。
上述两层掺稀土离子圆环芯光纤的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，制作无包层的掺铒离子光纤预制棒、掺镱离子光纤预制棒各一根，分别拉制成直径为10mm，12mm的细棒；
步骤二，用氢氟酸腐蚀的办法，将掺铒离子光纤细棒中心腐蚀掉，变为内圆直径为8mm，外圆直径为10mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，掺镱离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为10mm，外圆直径为12mm的圆环形细棒；
步骤三，将掺铒离子圆环形细棒外部套上掺镱离子圆环形细棒；掺镱离子圆环形细棒外部套上内径为12mm的石英管，空隙处用折射率比二根圆环形细棒低但比石英管折射率高的细石英棒填充；拉制成直径为125μm的两层掺稀土离子圆环芯光纤。
实施例二
三层掺稀土离子长方环芯光纤，参见图2。该光纤中心为硅芯区1、硅芯区1外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯41、第一硅环芯21、第二掺稀土离子环芯42、第二硅环芯22、第三掺稀土离子环芯43、第三硅环芯23与外包层3，本实施例中K＝3。第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42与第三掺稀土离子环芯43的掺稀土离子均为镱离子。
第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43的折射率相等，第一硅环芯21、第二硅环芯22、第三硅环芯23、硅芯区1的折射率相等，硅芯区1的折射率低于第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43的折射率；外包层3的折射率低于硅芯区1的折射率。
硅芯区1形状为长方形，第一掺稀土离子环芯41、第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43形状为长方环形。
上述三层掺稀土离子长方环芯光纤的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，制作无包层的掺镱离子光纤预制棒三根，分别拉制成直径为10mm，14mm，18mm的细棒。
步骤二，用激光切割的办法，将直径为10mm的掺镱离子光纤细棒切割成内为4.4mm×6.6mm的矩形，外为5.4mm×8.1mm的矩形的长方环形细棒；
用激光切割的办法，将直径为14mm的掺镱离子光纤细棒切割成内为6.6mm×9.9mm的矩形，外为7.6mm×11.4mm的矩形的长方环形细棒；
用激光切割的办法，将直径为18mm的掺镱离子光纤细棒切割成内为8.8mm×13.2mm的矩形，外为10mm×15mm的矩形的长方环形细棒；
步骤三，将内为4.4mm×6.6mm的矩形，外为5.4mm×8.1mm的矩形的掺镱离子光纤长方环形细棒外部套上内为6.6mm×9.9mm的矩形，外为7.6mm×11.4mm的矩形的掺镱离子光纤长方环形细棒，将内为6.6mm×9.9mm的矩形，外为7.6mm×11.4mm的矩形的掺镱离子光纤长方环形细棒外部套上内为8.8mm×13.2mm的矩形，外为10mm×15mm的矩形的掺镱离子光纤长方环形细棒，将内为8.8mm×13.2mm的矩形，外为10mm×15mm的矩形的掺镱离子光纤长方环形细棒外部套上内径为20mm的石英管，空隙处用折射率比三根掺镱离子长方环形细棒低但比石英管折射率高的细石英棒填充，拉制成直径为600μm的三层掺稀土离子长方环芯光纤。
实施例三
五层掺稀土离子椭圆环芯光纤，参见图3。该光纤中心为硅芯区1、硅芯区1外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯41、第一硅环芯21、第二掺稀土离子环芯42、第二硅环芯22、第三掺稀土离子环芯43、第三硅环芯23、第四掺稀土离子环芯44、第四硅环芯24、第五掺稀土离子环芯45、第五硅环芯25与外包层3，本实施例中K＝5。第一掺稀土离子环芯41的掺稀土离子为铒离子，第二掺稀土离子环芯42的掺稀土离子为铒离子，第三掺稀土离子环芯43的掺稀土离子为镨离子，第四掺稀土离子环芯44的掺稀土离子为钐离子，第五掺稀土离子环芯45的掺稀土离子为钕离子。
第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43、第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45的折射率相等，第一硅环芯21、第二硅环芯22、第三硅环芯23、第四硅环芯24、第五硅环芯25、硅芯区1的折射率相等，硅芯区1的折射率低于第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43、第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45的折射率；外包层3的折射率低于硅芯区1的折射率。
硅芯区1形状为椭圆形，第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43、第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45形状为椭圆环形。
上述五层掺稀土离子椭圆环芯光纤的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，制作无包层的掺铒离子光纤预制棒两根，无包层的掺镨离子光纤预制棒、无包层的掺钐离子光纤预制棒、无包层的掺钕离子光纤预制棒各一根，依次分别拉制成直径为10mm，12mm，14mm，17.5mm，20mm的细棒。
步骤二，用机械切割的办法，将直径为10mm的掺铒离子光纤细棒切割成内为长轴全长为8mm，短轴全长为5.3mm的椭圆，外为长轴全长为10mm，短轴全长为6.6mm的椭圆的椭圆环形细棒；
用机械切割的办法，将直径为12mm的掺铒离子光纤细棒切割成内为长轴全长为11mm，短轴全长为7.3mm的椭圆，外为长轴全长为12mm，短轴全长为8mm的椭圆的椭圆环形细棒；
用激光切割的办法，将直径为14mm的掺镨离子光纤细棒切割成内为长轴全长为13mm，短轴全长为8.6mm的椭圆，外为长轴全长为14mm，短轴全长为9.3mm的椭圆的椭圆环形细棒；
用激光切割的办法，将直径为17.5mm的掺钐离子光纤细棒切割成内为长轴全长为13mm，短轴全长为10.3mm的椭圆，外为长轴全长为17.5mm，短轴全长为11.6mm的椭圆的椭圆环形细棒；
用研磨的办法，将直径为20mm的掺钕离子光纤细棒切割成内为长轴全长为18.5mm，短轴全长为12.3mm的椭圆，外为长轴全长为20mm，短轴全长为13.3mm的椭圆的椭圆环形细棒。
步骤三，将内为长轴全长为8mm，短轴全长为5.3mm的椭圆，外为长轴全长为10mm，短轴全长为6.6mm的椭圆的掺铒离子椭圆环形细棒外部套上内为长轴全长为11mm，短轴全长为7.3mm的椭圆，外为长轴全长为12mm，短轴全长为8mm的椭圆的掺铒离子椭圆环形细棒；将掺铒离子椭圆环形细棒外部套上掺镨离子椭圆环形细棒；将掺镨离子椭圆环形细棒外部套上掺钐离子椭圆环形细棒；将掺钐离子椭圆环形细棒外部套上掺钕离子椭圆环形细棒；将掺钕离子椭圆环形细棒外部套上内径为30mm的石英管，空隙处用折射率比五根掺稀土离子椭圆环形细棒低但比石英管折射率高的细石英棒填充，拉制成直径为800μm的五层掺稀土离子椭圆环芯光纤。
实施例四
十层掺稀土离子圆环芯光纤，参见图4。该光纤中心为硅芯区1、硅芯区1外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43，第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45、第六掺稀土离子环芯46、第一硅环芯21、第七掺稀土离子环芯47、第八掺稀土离子环芯48，第九掺稀土离子环芯49、第十掺稀土离子环芯410、第二硅环芯22与外包层3，本实施例中K＝2。第一掺稀土离子环芯41的掺稀土离子为镱离子，第二掺稀土离子环芯42的掺稀土离子为铒离子，第三掺稀土离子环芯43的掺稀土离子为钕镱互掺离子，第四掺稀土离子环芯44的掺稀土离子为钬离子，第五掺稀土离子环芯45的掺稀土离子为钍离子，第六掺稀土离子环芯46的掺稀土离子为铒镱互掺离子，第七掺稀土离子环芯47的掺稀土离子为镨离子，第八掺稀土离子环芯48的掺稀土离子为钐离子，第九掺稀土离子环芯49的掺稀土离子为钕离子，第十掺稀土离子环芯410的掺稀土离子为镱离子，
第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43、第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45、第六掺稀土离子环芯46、第七掺稀土离子环芯47、第八掺稀土离子环芯48，第九掺稀土离子环芯49、第十掺稀土离子环芯410，第十掺稀土离子环芯410的折射率相等，
第一硅环芯21、第二硅环芯22、硅芯区1的折射率相等，硅芯区1的折射率低于第一掺稀土离子环芯41、第二掺稀土离子环芯42、第三掺稀土离子环芯43、第四掺稀土离子环芯44、第五掺稀土离子环芯45、第六掺稀土离子环芯46、第七掺稀土离子环芯47、第八掺稀土离子环芯48，第九掺稀土离子环芯49、第十掺稀土离子环芯410，第十掺稀土离子环芯410的折射率；外包层3的折射率低于硅芯区1的折射率。
硅芯区1形状为椭圆形，十个掺稀土离子环芯形状均为圆环形。
上述十层掺稀土离子圆环芯光纤的制作方法，包括以下步骤：
步骤一，制作无包层的掺镱离子光纤预制棒、无包层的掺铒离子光纤预制棒、无包层的钕镱互掺离子光纤预制棒、无包层的掺钬离子光纤预制棒、无包层的掺钍离子光纤预制棒、无包层的铒镱互掺离子光纤预制棒、无包层的掺镨离子光纤预制棒、无包层的掺钐离子光纤预制棒、无包层的掺钕离子光纤预制棒、无包层的掺镱离子光纤预制棒各一根，依次分别拉制成直径为10mm，11mm，12mm，13mm，14mm，15mm，19mm，20mm，22mm，25mm的细棒。
步骤二，
用激光切割的方法，将直径为10mm的掺镱离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为8mm，外圆直径为10mm的圆环形细棒；
用机械切割的办法，将掺铒离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为10mm，外圆直径为11mm的圆环形细棒；
用机械切割的办法，将钕镱互掺离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为11mm，外圆直径为12mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将掺钬离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为12mm，外圆直径为13mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将掺钍离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为13mm，外圆直径为14mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将铒镱互掺离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为14mm，外圆直径为15mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将掺镨离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为18mm，外圆直径为19mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将掺钐离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为19mm，外圆直径为20mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将掺钕离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为20mm，外圆直径为22mm的圆环形细棒；
用激光切割的方法，将直径为25mm的掺镱离子光纤细棒中心去掉，变为内圆直径为22mm，外圆直径为25mm的圆环形细棒。
步骤三，将内圆直径为8mm，外圆直径为10mm的掺镱离子圆环形细棒外部外部套上掺铒离子圆环形细棒；将掺铒离子圆环形细棒外部外部套上钕镱互掺离子圆环形细棒；将钕镱互掺离子圆环形细棒外部外部套上掺钬离子圆环形细棒；将掺钬离子圆环形细棒外部外部套上掺钍离子圆环形细棒；将掺钍离子圆环形细棒外部外部套上铒镱互掺离子圆环形细棒；将铒镱互掺离子圆环形细棒外部外部套上掺镨离子圆环形细棒；将掺镨离子圆环形细棒外部外部套上掺钐离子圆环形细棒；将掺钐离子圆环形细棒外部外部套上掺钕离子圆环形细棒；将掺钕离子圆环形细棒外部外部套上内圆直径为22mm，外圆直径为25mm的掺镱离子圆环形细棒；将内圆直径为22mm，外圆直径为25mm的掺镱离子圆环形细棒；外部套上内径为30mm的石英管，空隙处用折射率比十根掺稀土离子圆环形细棒低但比石英管折射率高的细石英棒填充，拉制成直径为1000μm的十层掺稀土离子圆环芯光纤。
Claims (8)
1.多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：该光纤中心为硅芯区(1)、硅芯区(1)外，由内到外分布第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)，2≤N≤10，第N掺稀土离子环芯(4N)的外边分布外包层(3)；
第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)、...第N掺稀土离子环芯(4N)的折射率相等；
硅芯区(1)的折射率低于第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)、...第N掺稀土离子环芯(4N)的折射率；
外包层(3)的折射率低于硅芯区(1)的折射率。
2.根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)、外包层(3)之间由内到外分布为第一硅环芯(21)、第二硅环芯(22)...第K硅环芯(2K)，0≤K≤N；
第一硅环芯(21)...第K硅环芯(2K)的折射率与硅芯区(1)的折射率相等。
3.根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：纯硅芯区(1)形状为圆形、长方形、椭圆形形状；
4.根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)形状为圆环形、长方环形、椭圆环形；
5.根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)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。
6.根据权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤，其特征为：第一掺稀土离子环芯(41)、第二掺稀土离子环芯(42)...第N掺稀土离子环芯(4N)的掺稀土离子类型相同或不相同。
7.权利要求1所述的多层掺稀土离子环芯光纤的制作方法，其特征为：该制作方法包括以下步骤：
步骤一，制作无包层掺稀土离子光纤预制棒N根，将这N根掺稀土离子光纤的预制棒，拉制成直径从小到大的N根细棒，2≤N≤10；
步骤二，对完成步骤一的直径从小到大的N根细棒进行处理，得到尺寸从小到大的N环形细棒，其中尺寸小的环形细棒外部能套上尺寸大的环形细棒；
步骤三，将完成步骤二的N根环形细棒组织起来，即尺寸小的环形细棒外部套上尺寸大的环形细棒；在尺寸最大的环形细棒外部套上石英管，内部空隙处用折射率比N根掺稀土离子环形细棒折射率低但比石英管折射率高的细石英棒填充，拉制成多层掺稀土离子环芯光纤。
8.根据权利要求7所述的多层掺稀土离子环芯光纤的制作方法，其特征为：N根掺稀土离子光纤的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。
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